弹簧丝用gh4169高温合金丝材的冷加工方法
阅读说明：本技术 弹簧丝用gh4169高温合金丝材的冷加工方法 (Cold machining method of GH4169 high-temperature alloy wire for spring wire ) 是由 陈琦 付建辉 周扬 肖东平 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及GH4169高温合金线材加工方法领域,尤其是一种尺寸精度高,表面质量好、性能优越、组织均匀的弹簧丝用GH4169高温合金丝材的冷加工方法,包括如下步骤：a、将GH4169热轧棒材置于电阻炉中进行固溶处理；b、进行酸洗,去除表面氧化层,然后取出用水冲洗后干燥；c、进行旋锻拉拔；d、材料置于电阻炉中进行退火热处理；e、置于酸液中浸泡进行酸洗,去除表面氧化层；f、将步骤e中处理后的材料再重复步骤c至步骤e共计1至3次,然后进行旋锻拉拔作为终变形；g、重复步骤d和步骤e,再进行张力矫直,并最终得到GH4169高温合金弹簧丝。本发明尤其适用于制备弹簧丝用GH4169高温合金丝材之中。(The invention relates to the field of GH4169 high-temperature alloy wire processing methods, in particular to a cold processing method of GH4169 high-temperature alloy wire for spring wires, which has high dimensional accuracy, good surface quality, excellent performance and uniform structure, and comprises the following steps: a. placing the GH4169 hot-rolled bar in a resistance furnace for solution treatment; b. performing acid washing to remove a surface oxide layer, taking out, washing with water and drying; c. performing rotary swaging and drawing; d. placing the material in a resistance furnace for annealing heat treatment; e. soaking in acid liquor for acid cleaning to remove surface oxide layer; f. repeating the steps c to e for 1 to 3 times, and performing rotary swaging drawing to obtain final deformation; g. and e, repeating the step d and the step e, and then carrying out tension straightening to finally obtain the GH4169 high-temperature alloy spring wire. The invention is particularly suitable for preparing GH4169 high-temperature alloy wire materials for spring wires.)
技术领域
本发明涉及GH4169高温合金线材加工方法领域，尤其是一种弹簧丝用GH4169高温合金丝材的冷加工方法。
背景技术
GH4169为沉淀强化型的镍基变形高温合金，具有较高的高温强度，良好的抗氧化性和耐腐蚀性能，可在600℃以上的高温和应力作用下长期服役，被广泛应用于航空、能源、化工及核工业等重要领域。随着航空、能源等行业的发展，对于特种弹簧提出了更高的要求，GH4169作为具有优秀高温力学性能的材料，可以满足在特殊工作环境服役的要求。
GH4169的高强度造成其难变形，机械加工困难。传统的高温合金丝材制备多采用多道次固定模拉拔和中间热处理的制备方法。采用传统方法制备过程中，丝材和模具表面滑动摩擦力大，加工过程中材料表面加工硬化严重，造成丝材表面和中心的硬度相差大，力学性能不均匀。加工过程中丝材与固定模摩擦剧烈，造成模具消耗极高，提高了加工成本。因此，GH4169合金弹簧丝的传统制备方法具有工艺复杂、产品力学性能不均匀、加工成本高等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸精度高，表面质量好、性能优越、组织均匀的弹簧丝用GH4169高温合金丝材的冷加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：弹簧丝用GH4169高温合金丝材的冷加工方法，包括如下步骤：a、将直径φ8mm～φ10mm的GH4169热轧棒材置于电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度范围为980℃～1020℃，保温时间范围为30～60min；b、将步骤a中的处理后的材料置于酸液中浸泡进行酸洗，去除表面氧化层，然后取出用水冲洗后干燥，其中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O混合制成；c、对步骤b中酸洗后的材料进行旋锻拉拔，所述旋锻拉拔的总变形量为30％～45％，旋锻送进速度为1～10mm/s；d、将步骤c中所述材料置于电阻炉中进行退火热处理，去除加工应力，退火温度范围为960℃～1000℃，保温时间范围为20min～60min；e、将步骤d中处理后的材料置于酸液中浸泡进行酸洗，去除表面氧化层，取出用水冲洗后干燥，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O混合制成；f、将步骤e中处理后的材料再重复步骤c至步骤e共计1至3次，然后进行总变形量≤25％的旋锻拉拔作为终变形，旋锻送进速度为1～6mm/s；g、将步骤f中所述材料重复步骤d和步骤e,再进行张力矫直，并最终得到直径为φ3mm～φ4mm的GH4169高温合金弹簧丝。
进一步的是，步骤b中，HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成。
进一步的是，步骤c中，采用旋锻机对步骤b中所述材料进行旋锻拉拔。
进一步的是，步骤e中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成。
本发明的有益效果是：本发明采用旋锻拉拔的冷加工工艺取代传统的固定模拉拔工艺，可以减少变形道次，缩短工艺流程，提高生产效率，降低生产成本，并减轻加工过程中的材料表面的加工硬化，使产品力学性能均匀，旋锻加工生产的出的丝材外观尺寸精确，表面质量高。采用本发明的方法生产的弹簧用GH4169高温合金丝材外观尺寸精度为±0.03mm。室温条件下抗拉强度≥1300MPa，屈服强度≥1100MPa,，断后延伸率≥12％，断面收缩率≥20％，满足航空航天紧固件用棒材的使用技术要求。本发明尤其适用于制备弹簧丝用GH4169高温合金丝材之中。
具体实施方式
弹簧丝用GH4169高温合金丝材的冷加工方法，包括如下步骤：a、将直径φ8mm～φ10mm的GH4169热轧棒材置于电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度范围为980℃～1020℃，保温时间范围为30～60min；b、将步骤a中的处理后的材料置于酸液中浸泡进行酸洗，去除表面氧化层，然后取出用水冲洗后干燥，其中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O混合制成；c、对步骤b中酸洗后的材料进行旋锻拉拔，所述旋锻拉拔的总变形量为30％～45％，旋锻送进速度为1～10mm/s；d、将步骤c中所述材料置于电阻炉中进行退火热处理，去除加工应力，退火温度范围为960℃～1000℃，保温时间范围为20min～60min；e、将步骤d中处理后的材料置于酸液中浸泡进行酸洗，去除表面氧化层，取出用水冲洗后干燥，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O混合制成；f、将步骤e中处理后的材料再重复步骤c至步骤e共计1至3次，然后进行总变形量≤25％的旋锻拉拔作为终变形，旋锻送进速度为1～6mm/s；g、将步骤f中所述材料重复步骤d和步骤e,再进行张力矫直，并最终得到直径为φ3mm～φ4mm的GH4169高温合金弹簧丝。其中，各道次的变形量计算公式为：ε＝(S0-S1)÷S0×100％，S0代表旋锻前棒材的横截面积，S1代表旋锻后棒材的横截面积。
本发明工艺简洁、成品质量稳定、低成本的弹簧用高温合金丝材的精密冷加工工艺，采用该方法制备的GH4169合金弹簧用丝材的尺寸精度高，表面质量好、性能优越、组织均匀。本发明制得的GH4169合金弹簧用丝材可应用于制备规格为φ2.0mm～φ4.0mm的弹簧丝用GH4169高温合金线材产品。
作为对工艺过程的进一步优选，从而获得更佳的加工品质，优选这样的方案：一、步骤b中，优选HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成。二、步骤c中，有优选采用旋锻机对步骤b中所述材料进行旋锻拉拔。三、步骤e中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成。
实施例
实施例1
对直径φ8.3mm的固溶态GH4169热轧棒材进行3道次旋锻，得到直径φ4mm的弹簧丝用GH4169合金丝材。步骤如下：
a、将φ8.3mm热轧棒材置于热处理炉中进行固溶处理，固溶后的棒材空冷至室温；所述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理的保温时间为60min；
b、将步骤a所述的固溶处理后的φ8.3mm棒材坯料置于酸洗液中浸泡15min，去除表面氧化层，取出用水冲洗后干燥，保持坯料表面光洁，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成；
c、将步骤b所述的酸洗后的丝材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为8mm/s，变形量为44％，得到直径φ6.2mm的丝材坯料；
d、将步骤c所述的酸洗后的丝材坯料进行退火软化，去除应力，退火温度在980℃，保温时间10min；
e、将步骤d退火处理后的φ6.2mm的丝材坯料重复步骤b中的酸洗，去除表面氧化层；
f、将步骤e酸洗后的φ6.2mm丝材坯料再进行旋锻，旋锻送进速度为8mm/s，变形量为45％，得到直径φ4.6mm的GH4169合金丝材坯料；然后将得到的所述直径φ4.6mm的丝材坯料再进行旋锻，旋锻送进速度为8mm/s，变形量为22％，得到直径φ4.0mm的GH4169合金丝材坯料；
g、将得到的直径φ4.0mm的丝材坯料重复d和步骤e进行退火和酸洗，并进行张力矫直，得到直径φ4.0mm的弹簧丝用GH4169高温合金丝材。
本实施例制备的φ4.0mm的GH4169合金棒材经时效热处理后性能测试结果见表1。
表1 GH4169合金φ10mm棒材经时效热处理后性能检测结果
其中，GH4169合金丝材时效热处理制度为:720±10℃，保温8h，以(50±10)℃/h冷却速率冷却至620±10℃，保温8h，空冷。
由表1可知，实施例1制备的直径为4mm的弹簧丝用GH4169合金丝材尺寸精度高、组织晶粒度细小均匀、力学性能优异，可满足弹簧丝用丝材使用技术要求。
实施例2
对直径φ8.3mm的固溶态GH4169热轧棒材进行4道次旋锻，得到直径φ3mm的弹簧丝用GH4169合金丝材。步骤如下：
a、将φ8.3mm热轧棒材置于热处理炉中进行固溶处理，固溶后的棒材空冷至室温；所述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理的保温时间为60min；
b、将步骤a所述的固溶处理后的φ8.3mm棒材坯料置于酸洗液中浸泡15min，去除表面氧化层，取出用水冲洗后干燥，保持坯料表面光洁，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1:3:4的体积比混合制成；
c、将步骤b所述的酸洗后的丝材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为6mm/s，变形量为45％，得到直径φ6.1mm的丝材坯料；
d、将步骤c所述的酸洗后的丝材坯料进行退火软化，去除应力，退火温度在980℃，保温时间10min；
e、将步骤d退火处理后的φ6.1mm的丝材坯料重复步骤b中的酸洗，去除表面氧化层；
f、将步骤f酸洗后的φ6.1mm丝材坯料再进行旋锻，旋锻送进速度为6mm/s，变形量为45％，得到直径φ4.5mm的GH4169合金丝材坯料；然后将得到的所述直径φ4.5mm的丝材坯料重复步骤d四和步骤e进行退火和酸洗；然后将酸洗后的直径φ4.5mm的丝材坯料再进行旋锻，旋锻送进速度为6mm/s，变形量为43％，得到直径φ3.4mm的GH4169合金丝材坯料；然后将得到的直径φ3.4mm的丝材坯料重复d和步骤e进行退火和酸洗；然后再将酸洗后的直径φ3.4mm的丝材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为4mm/s，变形量为22％，得到直径φ3.0mm的GH4169合金丝材坯料；
g、将得到的直径φ3.0mm的丝材坯料重复步骤d和步骤e进行退火和酸洗，并进行张力矫直，得到直径φ3.0mm的弹簧丝用GH4169高温合金丝材。
本实施例制备的φ8mm的GH4169合金棒材经时效热处理后性能测试结果见表2。
表2 GH4169合金φ8mm棒材经时效热处理后性能检测结果
GH4169合金丝材时效热处理制度为:720±10℃,保温8h，以(50±10)℃/h冷却速率冷却至620±10℃，保温8h,空冷。
由表2可知，实施例2制备的直径为3.0mm的弹簧丝用GH4169合金丝材尺寸精度高、组织晶粒度细小均匀、力学性能优异，可满足弹簧丝用丝材使用技术要求。
本发明工艺简洁、成品质量稳定、低成本的弹簧用高温合金丝材的精密冷加工工艺，采用该方法制备的GH4169合金弹簧用丝材的尺寸精度高，表面质量好、性能优越、组织均匀，其技术优势十分明显，市场推广前景十分广阔。
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