[發(fā)明專利]一種馬氏體鋼非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體的多工步成形方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611219418.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN106583544A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王章忠;李華冠;張保森;巴志新;毛向陽;費(fèi)煒杰;李振紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): B21D35/00
• 分類號(hào): B21D35/00;B21D26/021;C21D9/00;C21D8/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32243
• 代理人: 王素琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種馬氏體鋼非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體的多工步成形方法。

背景技術(shù)

馬氏體鋼是一種以馬氏體組織為基體的超高強(qiáng)度鋼，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，是近年來備受關(guān)注的一種高性能結(jié)構(gòu)材料，在航空、汽車等領(lǐng)域存在迫切的應(yīng)用需求。然而高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有鋼類構(gòu)件的成形制造帶來了一系列新的挑戰(zhàn)。與普通鋼板相比，高強(qiáng)度鋼板具有更高的屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，而硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)及延伸率均較低，成形性能差，且回彈量大難以控制，容易破裂。尤其是當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到1500MPa后，冷成形工藝幾乎無法完成其成形制造。

目前，超高強(qiáng)度馬氏體鋼板主要通過熱沖壓技術(shù)進(jìn)行成形。熱沖壓技術(shù)是把馬氏體鋼加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板料送入有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，同時(shí)被具有快速均勻冷卻系統(tǒng)的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而得到超高強(qiáng)度鋼板構(gòu)件的方法。然而，傳統(tǒng)熱沖壓是通過剛性模對(duì)板材進(jìn)行塑性變形，變形量過大極易導(dǎo)致破裂等失效行為的發(fā)生；同時(shí)，熱沖壓僅能實(shí)現(xiàn)板材的沖壓成形，對(duì)于管材或復(fù)雜回轉(zhuǎn)體則無法實(shí)現(xiàn)。

目前，航空航天器及其它特殊工業(yè)領(lǐng)域?qū)︸R氏體鋼非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體存在迫切的應(yīng)用需求，該類回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)整體成形的難度高，一般無法通過傳統(tǒng)板材或管材的成形方式進(jìn)行制造。而對(duì)于馬氏體鋼來說，變形難度大且需要在成形非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體構(gòu)件時(shí)，同步進(jìn)行快速淬火以獲得馬氏體組織，使其成形難度進(jìn)一步增大。目前，該類構(gòu)件不僅無法通過常規(guī)熱沖壓技術(shù)進(jìn)行成形，現(xiàn)有的先進(jìn)氣脹成形技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上研究背景，本發(fā)明提出了一種馬氏體鋼非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體的多工步成形方法，首先通過旋壓或漸進(jìn)成形技術(shù)對(duì)馬氏體鋼板坯進(jìn)行預(yù)成形；隨后對(duì)預(yù)成形構(gòu)件加熱以奧氏體化，并對(duì)其實(shí)施熱沖壓或氣脹成形；最后，通過快速淬火獲得馬氏體組織，提高產(chǎn)品性能。該方法的提出，對(duì)金屬材料非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的成形具有重要的參考意義，為馬氏體鋼復(fù)雜形狀構(gòu)件的制造提供了有效途徑，可滿足航空、航天及其它工業(yè)領(lǐng)域?qū)︸R氏體鋼非對(duì)稱復(fù)雜回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的迫切需求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

1）沖裁：選擇馬氏體鋼板材，并將其沖裁至需要尺寸；

2）預(yù)成形：根據(jù)目標(biāo)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特征，通過旋壓成形或漸進(jìn)成形方法對(duì)馬氏體鋼板材進(jìn)行預(yù)成形，獲得回轉(zhuǎn)體基本形狀；

旋壓成形工藝是一種使毛坯連續(xù)局部塑性累積成形為空心回轉(zhuǎn)件的先進(jìn)的成形工藝方法；

漸進(jìn)成形是通過局部加壓變形的連續(xù)積累而達(dá)到材料的整體成形；

二者的共同點(diǎn)是：都通過連續(xù)局部塑形變形使材料獲得很大的整體變形，是提高材料成形極限最有效的方法；

非對(duì)稱回轉(zhuǎn)體的變形量大，僅通過一步熱成形，無法獲得足夠的變形。通過可提高材料成形性能的旋壓和漸進(jìn)成形等預(yù)成形方法，可先成形出回轉(zhuǎn)體基本形狀，再進(jìn)行熱成形和淬火，獲得最終形狀和性能；

3）奧氏體化：對(duì)馬氏體鋼預(yù)成形構(gòu)件在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至930℃-950℃，使其奧氏體化；

4）熱成形：將已奧氏體化的馬氏體鋼預(yù)成形構(gòu)件置于熱成形裝置中，閉合模具并施加一定的合模力，合模力大小范圍30 KN -200KN，對(duì)其進(jìn)行熱沖壓或氣脹成形，獲得最終構(gòu)件形狀；

5）淬火：通過與模具一體化的快速冷卻系統(tǒng)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行快速淬火，使奧氏體完全轉(zhuǎn)化成馬氏體；

6）表面處理：對(duì)成形構(gòu)件進(jìn)行激光沖孔、切邊，得到馬氏體鋼最終構(gòu)件。

作為優(yōu)選，所述步驟（2）中進(jìn)行的旋壓或漸進(jìn)成形均為火焰加熱或電阻加熱下的熱成形，成形溫度范圍為200℃-1000℃。

作為優(yōu)選，所述步驟（3）包括無模成形和有模成形。

作為優(yōu)選，所述步驟5）中的快速冷卻系統(tǒng)，其冷卻速率在50℃/s-100℃/s范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：

1. 本發(fā)明將金屬柔性成形技術(shù)與超高強(qiáng)度鋼熱成形技術(shù)相結(jié)合，通過漸進(jìn)成形和旋壓成形等利用局部連續(xù)塑形變形原理提高材料成形極限的方法預(yù)成形，先成形出回轉(zhuǎn)體基本形狀；在利用熱成形及快速淬火獲得最終形狀及馬氏體組織；利用這種多工步手段，較傳統(tǒng)熱沖壓，可進(jìn)一步提高材料的塑性變形能力，為難變形材料復(fù)雜形狀的成形制造提供重要參考。

2. 本發(fā)明通過多工步手段，由馬氏體鋼板坯，通過預(yù)成形+熱成形+快速淬火，獲得非對(duì)稱回轉(zhuǎn)體形狀及馬氏體組織，是目前超高強(qiáng)度馬氏體鋼非對(duì)稱回轉(zhuǎn)體的唯一可行方法，可滿足航空航天及其它工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ祟悩?gòu)件的迫切需求。