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CN101910425B - 钢的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢工件1成形方法，其包括下述步骤：提供基本具有待成形工件体积的毛坯(blank)，加热该毛坯至具有一定液体部分的半固体状态，利用锻造技术使毛坯成形为近终形维度的工件，对所成形的近终形的工件进行正火和硬化，对经正火和硬化的近终形的工件进行机械加工从而获得终形的工件。

Description

钢的成形方法
技术领域
本发明涉及钢工件(steel component)的成形方法。
背景技术
复杂形状的钢部件的成形与在多工位压力机(multi station press)上进行高温操作相关。该材料需要加热、剪切以及在非常大型和昂贵的锻造仪器的帮助下成形。为了实现成本的经济性，这样的方法需要较高的生产量，以及尽量减少重新操作。热锻造产品具有较差的精确度，并且在锻造步骤之后需要大量机械加工(machining)从而获得所需的最终形状。为了实现机械加工，在很多情况下需要软退火操作(soft annealing operation)。因此在对如此成形的产品进行软机械加工(soft machining)之后，需要进行热处理操作从而使得产品获得所需的硬度。这些早前已知的方法被认为是较为昂贵的，并且它们的灵活性(flexibility)较差，这意味着需要较长的定货交付周期(leadtime)。
利用触变成形过程(thixo-forming process)成形金属工件的尝试(即在成形步骤之前，将金属加热至半固体状态)已经被证实会导致成形的产品具有不均匀的材料显微组织和差的表面完整性，以至于这样的产品不适用于大多数的用途。
发明目的和内容
因此，本发明的目的在于提供新的成形方法，该成形方法使产品具有好的显微组织和表面完整性，并使得成本降低，明显地增加灵活性从而有极短的交付周期，根据由权利要求1所限定的步骤的方法可以实现上述目的。
令人惊奇的是，已证实触变成形过程直接组合特定的热处理操作可以获得上述效果，因此本发明为将现有的方法结合入可以用于灵活生产线的新结合的方法。
具体实施方式
在第一步中，将原材料坯料(billet)加热至具有一定的液体部分的半固体状态。在接下来的步骤中，该半固体坯料在触变成形步骤中成形为具有近终形(near net shape)的工件。在降低工件的温度之后，将该工件均化从而消除(level out)偏析。这之后通过退火完成显微组织的球化作用。然后通过熔炉完全硬化(furnace full hardening)或通过感应加热淬火(induction hardening)来硬化该工件。
此时，该工件已经获得了接近完成时的形状和适当的显微组织以及表面完整性，并且因此具有所需的材料性质。
最后，对该工件进行硬机械加工(hard machining)形成终形。
可以进行可选的热处理操作，即，触变成形之后的受控的冷却循环以及随后的表面硬化(surface hardening)。
通常来说，对于碳钢可以使用多步均化(homogenization)、退火和硬化。
通过将该方法结合到经优化的生产线上可以实现原材料废料体积的最小化，即可以优化初始坯料的大小使其主要与形成近终形产品所需的材料量相当，即使对于非常复杂的几何形状也是如此，从而也可以最小化所需的硬机械加工。
取决于所进行的单独的子步骤(sub-process)，这种类型的生产线具有较高的灵活性。可以改变坯料的大小以及利用不同形状和大小的触变成形工具。
根据形状的不同和大小以及对于材料性质的不同需求，可以简单地改变热处理。还可以对硬机械加工步骤进行进一步调节从而在形状和表面性质上产生变化。
由于生产的灵活性，订货到交货之间的交付周期将会缩短。
制造的产品与那些从标准成形操作中获得的产品具有基本相同的材料性质。
在本方法中使用的材料可以为高、中或低碳含量的钢，也可以为不同的合金钢。
对于高碳钢，作为实例，可以在约1200～1500℃的温度条件下进行触变成形。通常，液体部分应当维持在10～30％。在触变成形之后通过在该处理的材料的奥氏体区域中(例如在约1200℃)放置在炉中至少3个小时，使样品进行均化从而消除偏析。然后空冷样品。随后，根据钢(亚共析钢或过共析钢，即碳含量低于或高于约0.7重量％)的组成进行不同的球化作用。
对于过共析钢的样品，通过下述步骤可以获得球化结构：热处理循环和加热到奥氏体区域(高于Acm线10～30℃)，保温(soaking)1个小时，使温度冷却至奥氏体+渗碳体区域(高于A1线20～30℃)，随后以约10℃/小时的速度使温度冷却到低于A1线60～90℃。最终将该工件冷却至室温。
为了使亚共析钢的样品具有球化结构，需要进行下述步骤：加热使温度至A1线以下10～50℃，其后，保温2～4小时，随后冷却至室温。之后，将该样品再次加热到810～820℃并且在该温度维持最多至1个小时，随后冷却到750℃，然后以约10℃/小时的速度缓慢地冷却到650℃。然后，将该样品冷却到室温。
随后，通过完全淬透(full through hardening)将工件硬化，然后在60～80℃的油中冷却或在盐或气体中冷却，并在之后进行回火。另外，也可以通过其他方法来进行硬化，例如感应加热淬火以及通过渗碳进行表面硬化并随后进行回火。
本发明不限于上述示例性的实施方式，在所附权利要求的范围内可以进行修改。

Claims (49)

1.钢工件的成形方法，包括如下步骤：
提供基本具有待成形工件体积的毛坯，
加热所述毛坯至具有一定液体部分的半固体状态，
利用锻造技术使毛坯成形为近终形维度的工件，
对所成形的近终形的工件进行正火和硬化，
对经正火和硬化的近终形的工件进行机械加工从而获得终形工件。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述机械加工步骤是进行硬机械加工。
3.权利要求1或2所述的方法，其中，在正火之后对所述工件进行软机械加工。
4.权利要求1～2中任一项所述的方法，其中，所述毛坯从管、棒或线中切得。
5.权利要求3所述的方法，其中，所述毛坯从管、棒或线中切得。
6.权利要求1或2所述的方法，其中，通过感应加热将所述毛坯加热成半固体状态。
7.权利要求3所述的方法，其中，通过感应加热将所述毛坯加热成半固体状态。
8.权利要求4所述的方法，其中，通过感应加热将所述毛坯加热成半固体状态。
9.权利要求1或2所述的方法，其中，所述成形步骤是进行单锻造冲程。
10.权利要求3所述的方法，其中，所述成形步骤是进行单锻造冲程。
11.权利要求4所述的方法，其中，所述成形步骤是进行单锻造冲程。
12.权利要求6所述的方法，其中，所述成形步骤是进行单锻造冲程。
13.权利要求1或2所述的方法，其中，通过退火影响显微组织的球化作用。
14.权利要求3所述的方法，其中，通过退火影响显微组织的球化作用。
15.权利要求4所述的方法，其中，通过退火影响显微组织的球化作用。
16.权利要求6所述的方法，其中，通过退火影响显微组织的球化作用。
17.权利要求9所述的方法，其中，通过退火影响显微组织的球化作用。
18.权利要求1或2所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
19.权利要求3所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
20.权利要求4所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
21.权利要求6所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
22.权利要求9所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
23.权利要求13所述的方法，其中，通过淬火和150～180℃时回火1～2小时来结束所述硬化方法步骤。
24.权利要求18所述的方法，其中，所述淬火步骤在60～80℃的油中进行。
25.权利要求18所述的方法，其中，所述淬火步骤在盐或气体中进行。
26.权利要求1～2中任一项所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
27.权利要求3所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
28.权利要求4所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
29.权利要求6所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
30.权利要求9所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
31.权利要求13所述的方法，其中，所述硬化通过感应加热淬火进行。
32.权利要求1～2任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
33.权利要求3任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
34.权利要求4任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
35.权利要求6任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
36.权利要求9任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
37.权利要求13任一项所述的方法，其中，通过喷雾淬火和回火来进行硬化。
38.权利要求1～2中任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
39.权利要求3任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
40.权利要求4任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
41.权利要求6任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
42.权利要求9任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
43.权利要求13任一项所述的方法，其中，所述硬化通过表面渗碳进行。
44.权利要求1～2中任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
45.权利要求3任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
46.权利要求4任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
47.权利要求6任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
48.权利要求9任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
49.权利要求13任一项所述的方法，其中，通过回火来进行硬化。
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