一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，依次进行多道次冷挤压成形、冷热协同表面细晶化、精确整形；所述多道次冷挤压成形是将坯料置于三向压应力作用下进行多道次挤压变形；所述冷热协同表面细晶化是激光表面处理并采用液氮雾化气体进行防氧化保护与快速冷却；精确整形是在三向压应力进行多道次整形。本发明专利技术使制备的薄壁锥形件内表面晶粒组织超细晶化，且尺寸精度高、几何对称性好。通过该方法获得沿构件厚度方向分布的超细晶梯度组织，且沿母线方向组织分布均匀，提供了薄壁锥形构件综合使用性能。薄壁锥形构件综合使用性能。薄壁锥形构件综合使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法


[0001]本专利技术涉及金属塑性成形
，尤其涉及一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法。

技术介绍

[0002]聚能射流、爆炸成形弹丸需要高侵彻毁伤效能，而射流侵彻能力与连续射流长度正相关，而材料的内部质量是连续射流及侵彻效能的关键因素之一。具体而言，金属材料的晶粒结构，如晶粒尺寸、晶粒取向和其它内在性能参数对侵彻效能有着明显的影响。
[0003]薄壁锥形件由于要兼顾壁薄、锥形的结构特点，其本身加工难度大，现有大塑性变形技术以常规挤压或锻造、换向轧制、等通道挤压方法为主，这些工艺在加工薄壁锥形构件时存在诸多的缺点：(1)晶粒尺寸不均匀，在变形弱区或剧烈变形区存在混晶组织；(2)轧制板材的各向异性大；(3)等通道挤压材料的收得率低、性能一致性差；(4)通过单一工艺，制备细晶组织工序长、复杂，难度很大；(5)薄壁锥形件内表层能形成有效射流的主体，约占总重量的20％，采用大尺寸超细晶材料整体制备成本昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题在于提供一种薄壁锥形件的精确制备方法，其制备产品具有超细晶粒组织，且薄壁锥形件的变形弱区及剧烈变形区等整个构件具有均匀超细晶粒。
[0005]本专利技术是通过下列技术方案实现：
[0006]一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，依次进行多道次冷挤压成形、冷热协同表面细晶化、精确整形；所述多道次冷挤压成形是将坯料置于三向压应力作用下进行多道次挤压变形；所述冷热协同表面细晶化是激光表面处理并采用液氮雾化气体进行防氧化保护与快速冷却；精确整形是在三向压应力进行多道次整形。
[0007]优选的，所述多道次冷挤压成形的变形速率为5～10mm/s，经过5～10道次的挤压变形，每道次的变形量在5～60％。所述5～10道次的挤压变形，根据锥形构件的口径尺寸、内锥角度、内锥深度、壁厚等形状结构特点，设计所需的变形道次、变形量等工序，尺寸规格小、形状简单的零件挤压变形道次少，相同口径锥形构件内形为单锥角度结构比双锥角度结构的变形道次少。所述变形量为 5～60％，根据变形道次和零件结构特点，合理分配每道次的变形量，随变形道次的增加而对应的道次变形量降低，通过阶梯变形量控制锥形构件的塑性成形。
[0008]优选的，所述冷热协同表面细晶化，激光功率50～200W，根据热处理层深度0.01～0.8mm、光斑直径0.1～5mm，确定激光功率输入大小；光束扫描线速度 1～5m/min，根据激光功率大小确定光束扫描线速度；液氮雾化气体，采用液氮雾化装置将液氮转变为气体，喷射在激光光斑周围，起到快速冷却作用，氮气流量120～300ml/min。
[0009]优选的，所述精确整形变形速率为2～5mm/s，经过2～6道次的整形；所述 2～6道次的整形，根据锥形构件形状、口径等参数，确定整形次数。
[0010]所述多道次冷挤压成形中坯料表面和模具型腔内表面涂布润滑剂，所述润滑油包括茶油、精冲油、蓖麻油、菜籽油等常用润滑剂中一种或几种混合，在每道次成形过程中涂布在坯料、模具型腔表面，减少坯料与模具接触面间的摩擦力，提高成形过程中金属的流动性，并改善成形构件的表面质量。
[0011]优选的，所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，还包括多道次冷挤压成形前的坯料制备，将坯料放入真空热处理炉中进行高温去应力处理，热处理温度450～650℃，热处理时间1～4h，再随炉冷却至100℃以下出炉，真空度≥ 3
×
10
‑3Pa。
[0012]优选的，所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，冷热协同表面细晶化后精确整形前进行完全去应力热处理，热处理温度200～300℃，热处理时间 4～12h，真空度≥3
×
10
‑3Pa。
[0013]一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，经过下列工艺步骤实现：
[0014](1)坯料制备：依据薄壁锥形件结构图，计算材料体积，并依据塑性加工成形方法与近均匀塑性变形原理，选取合适的坯料尺寸，根据塑性成形体积不变原理切取相应的棒材长度，棒材的直径φ30～120mm，材料牌号可以是Ta、TaW2.5、 TU1等材质；将坯料放入真空热处理炉中进行高温去应力处理，热处理温度450～ 650℃，热处理时间1～4h，再随炉冷却至100℃以下出炉，真空度≥3
×
10
‑3Pa，降低原材料硬度，改善应力分布不均，提高塑性变形性能。
[0015](2)多道次冷挤压成形：将步骤(1)所得的坯料放入挤压模具型腔内，在三向压应力作用下，变形速率为5～10mm/s，经过5～10道次的挤压变形，每道次的变形量在5～60％，在成形过程中坯料表面和模具型腔内表面涂布一层润滑剂，通过多道次挤压成形获得变形均匀的锥形构件，圆周壁厚差≤0.2mm。
[0016](3)冷热协同表面细晶化：将步骤(2)获得的锥形构件表面清理干净，再进行激光表面处理，激光功率50～200W、光斑直径0.1～5mm、光束扫描线速度 0.05～0.5m/min，并采用液氮雾化气体进行防氧化保护与快速冷却(氮气流量 120～300ml/min)，热处理层深度0.05～0.5mm，通过冷热协同输入进行静态再结晶处理，消除挤压变形的纤维状组织，平均晶粒尺寸0.2～1μm。
[0017](4)完全去应力热处理：将步骤(3)所得的锥形构件在真空热处理炉中进行完全去应力热处理，热处理温度200～300℃，热处理时间4～12h，真空度≥3
ꢀ×
10
‑3Pa。
[0018](5)精确整形：将步骤(4)所得的锥形构件放入挤压模具模腔内，在三向压应力和变形速率为2～5mm/s的作用下，经过2～6道次的整形，每道次的变形量≤2％，使锥形构件内锥角度偏差≤2
′
、圆周壁厚差≤0.1mm、表面粗糙度达到 Ra0.1μm。
[0019]有益效果
[0020]1、本专利技术主要包括多道次冷挤压成形、激光冷热协同表面淬火处理细晶化、去应力热处理、精确整形等步骤(图1)，实现锥形构件内部组织均匀变形控性，并获得几何尺寸满足成形构件要求；实现内表面晶粒组织细小均匀化；实现构件内锥表面光亮化与尺寸精确化。本专利技术使制备的薄壁锥形件内表面晶粒组织超细晶化，且尺寸精度高、几何对称性好。通过该方法获得沿构件厚度方向分布的超细晶梯度组织，且沿母线方向组织分布均匀，提供了薄壁锥形构件综合使用性能。
[0021]2、本专利技术从连续射流长度与侵彻效能之间的关系，并从金属材料晶界理论出发，
薄壁锥形件晶粒越细小均匀，能显著提高各向同性、屈强比、延展性，进一步提升战斗部的毁伤威力。根据薄壁锥形件聚能射流的速度梯度效应，本申请提供了一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法。
[0022]本专利技术克服了常规制备方法获得构件内部混晶、晶粒形貌一致性差、尺寸精度不好等技术难题，同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、环保、易于实现工业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，依次进行多道次冷挤压成形、冷热协同表面细晶化、精确整形；所述多道次冷挤压成形是将坯料置于三向压应力作用下进行多道次挤压变形；所述冷热协同表面细晶化是激光表面处理并采用液氮雾化气体进行防氧化保护与快速冷却；精确整形是在三向压应力进行多道次整形。2.如权利要求1所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，所述多道次冷挤压成形的变形速率为5～10mm/s，经过5～10道次的挤压变形，每道次的变形量在5～60%。3.如权利要求1或2所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，所述激光表面处理的激光功率50～200W、光斑直径0.1～5mm、光束扫描线速度0.05～0.5m/min，热处理层深度0.05～0.5mm，氮气流量120～300ml/min，。4.如权利要求1
‑
3任一所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，所述精确整形变形速率为2～5mm/s，经过2～6道次的整形。5.如权利要求1
‑
4任一所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，所述多道次冷挤压成形中坯料表面和模具型腔内表面涂布润滑剂，所述润滑油包括茶油、精冲油、蓖麻油、菜籽油等常用润滑剂中一种或几种混合。6.如权利要求1
‑
5任一所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，还包括多道次冷挤压成形前的坯料制备，将坯料放入真空热处理炉中进行高温去应力处理，热处理温度450～650℃，热处理时间1～4h，再随炉冷却至100℃以下出炉，真空度≥3
×
10
‑3Pa。7.如权利要求1
‑
6任一所述的超细晶组织薄壁锥形件的精确制备方法，冷热协同表面细晶化后精确整形前进行完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洋，宋阳曦，舒大禹，陈文，苏柳，詹红，胡传凯，肖寒，宁海青，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：