一种长寿命复合火炮身管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及火炮身管制备工艺领域，具体为一种长寿命复合火炮身管及其制备方法。长寿命复合火炮身管由耐烧蚀高强耐热合金内衬和外层炮钢管体构成，选用一种高Cr、Ni、Mo、W含量的耐高温烧蚀磨损的耐热合金作为外层炮钢管体的内衬，外层炮钢管体采用Cr

【技术实现步骤摘要】
1～1.5％，Fe≤3％，Nb≤1.5％，Ce≤0.02％，B≤0.005％，Mn≤0.3％，Si≤0.3％，Ni余量。
[0008]所述的长寿命复合火炮身管，外层炮钢管体为中碳Cr
‑
Ni
‑
Mo
‑
V系钢，按重量百分比计，其成分范围如下：C0.2～0.4％，Cr 0.5～1.0％，Ni 2.0～4.0％，Mo 0.15～0.45％，V 0.1～0.4％，Fe余量。
[0009]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，包括如下步骤：
[0010]1)通过真空感应熔炼炉制备耐热合金锭和炮钢锭，分别进行锻造、穿孔和轧制，得到设定尺寸的初始耐热合金管坯和初始炮钢管坯；
[0011]2)对初始耐热合金管坯的外表面和初始炮钢管坯的内表面进行铣磨加工和清洁处理，保证初始耐热合金管坯和初始炮钢管坯的内外径尺寸精度和两端端面齐平光洁，得到构筑耐热合金管坯和构筑炮钢管坯；
[0012]3)将构筑耐热合金管坯和构筑炮钢管坯充分嵌套组装形成复合构筑坯，保证两端端面齐平，利用真空电子束焊机对两端的嵌套界面进行封装焊接形成复合管坯，保证复合界面始终处于真空状态；
[0013]4)通过感应加热方式将复合管坯升温到1050℃
±
50℃并保温，保温时间为3t/100h，t为复合管坯壁厚，单位为mm；
[0014]5)对复合管坯进行热挤压变形连接，实现耐热合金和炮钢界面的有效冶金结合，通过控制挤压工艺得到厚度为5～20mm耐热合金内衬的挤压复合管坯；
[0015]6)对挤压复合管坯进行“先固溶时效+后淬火回火”热处理，获得耐热合金内衬与外层炮钢管体强韧性匹配的复合火炮身管。
[0016]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，步骤2)中，铣磨加工后的表面粗糙度低于Ra 0.8μm。
[0017]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，步骤3)中，在嵌套组装前，使用酒精或丙酮对构筑耐热合金管坯和构筑炮钢管坯的待连接表面进行清洗，避免油污、异质物残存于复合界面。
[0018]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，步骤3)中，利用真空电子束焊机对两端的嵌套界面进行封装焊接时，将嵌套组装的复合构筑坯置于真空室中抽真空至不低于10
‑2Pa，封装焊接深度为5～50mm。
[0019]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，步骤5)中，热挤压的变形速率为10～45mm/s。
[0020]所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，步骤6)中，热处理工艺如下：先对挤压复合管坯在1000～1100℃保温1～3h进行固溶处理，随后在700～800℃保温12～24h进行时效处理，接着在800～900℃保温10～30min进行油淬，并在600～700℃保温1～3h空冷回火。
[0021]本专利技术的科学机理说明：
[0022]一、所选耐热合金具有优异的高温强度、抗高温烧蚀和耐磨损性能。对于合金的高温强度，首先，加入了大量的W、Mo、Co进行固溶强化，溶质原子可以使晶格产生畸变，形成长程应力场；Mo、W等高熔点元素地添加，可提高原子间结合力降低扩散系数；加入晶界强化元素B和Ce以强化晶界。B在晶界和空位型缺陷上产生会很强的偏聚现象，造成了晶界间的结合力增加，从而使得高温合金的长期蠕变性能得到提升；加入Al、Ti、Nb等元素形成稳定的γ
’
沉淀强化相，可进一步强化合金。对于合金的耐高温烧蚀氧化性，加入大量的Cr和Al，可
显著提升合金的抗氧化性能。高的Cr和Al含量可在合金表面形成Cr2O3和致密的Al2O3保护层，提高合金的耐烧蚀性。对于合金的耐磨性，首先，合金具有极高的高温强度和硬度，因此具有良好的高温耐磨性；此外，合金具有优异的高温强度和韧塑性，可减少摩擦磨损过程中内衬裂纹的形成和剥落；良好的组织稳定性，可避免冷热循环相变过程中的应力开裂剥落；大量γ
’
沉淀强化相提升耐磨性。
[0023]二、耐热合金和炮钢构筑复合的本质是固态连接，其关键在于界面结合。在真空、高温、高压、大变形条件下，表面充分洁净的固态金属接近到原子力作用范围内，形成牢固的金属键，少量残余的显微孔洞和氧化物在扩散作用下逐渐消失，使界面实现在成分、组织、性能上与基体完全一致的冶金连接。
[0024]三、耐热合金和炮钢的构筑复合涉及到异种材料的固态连接，耐热合金和炮钢在1050℃的高温区间具有良好的变形协调性，两种材料包含类似成分，其界面相容性良好，异质界面很容易实现结合，获得良好的结合强度。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0026]1、现有的火炮身管延寿技术中，常常采用对身管内膛镀铬的处理方法，但由于镀铬层与炮钢线膨胀系数差异，在反复热循环过程中，界面处存在很高的内应力，且铬具有天然脆性，因此在火炮发射中内膛镀铬层常发生开裂、龟裂和剥落，使得火炮身管的使用寿命提升有限，且存在极高的质量不稳定性。本专利技术通过复合构筑方法，制备具有一定厚度耐烧蚀内衬的复合火炮身管，可大幅度提升火炮身管的使用寿命。
[0027]2、本专利技术通过复合构筑耐热合金和炮钢制备复合火炮身管，相比于镀铬延寿，通过热挤压实现复合构筑，工艺相对成熟，不会引起制造成本的显著增加，具有实用性和经济性。
附图说明
[0028]图1为耐热合金与炮钢复合管构筑成形制备流程示意图。
[0029]图2为耐热合金与炮钢复合管成品截面图。图中，1炮钢管体，2耐热合金内衬。
[0030]图3为复合界面显微组织图。
具体实施方式
[0031]在具体实施过程中，本专利技术提出一种长寿命复合火炮身管及其制备方法：首先，对耐热合金内衬外表面和外层炮钢管体内表面进行加工清洁处理并机械嵌套在一起；随后对组装后的界面抽真空，并利用真空电子束封装焊接嵌套的界面，保证嵌套界面始终处于真空状态。对组装嵌套的复合管通过感应加热升温到1050℃保温足够时间，随后进行热挤压成形获得一定内衬厚度的复合火炮身管，在高温热挤压过程中嵌套界面可实现良好的冶金结合，具备足够的界面强度，采用合适的复合热处理制度实现炮钢外层和耐热合金内衬的强韧性匹配。最终获得的复合火炮身管具有优异的刚度、耐高温烧蚀、耐磨损和抗蠕变性能，可以大幅度提升火炮身管的使用寿命。
[0032]下面，结合附图及实施例详述本专利技术。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，针对一种长寿命复合火炮身管的构筑成形制备，具体实施步骤如下：
[0035](1)通过真空感应熔炼制备优质耐热合金锭和炮钢锭，分别进行锻造、穿孔和轧制，得到初始耐热合金管坯和初始炮钢管坯，见图1(a)。其中，初始耐热合金管坯尺寸：Ф146mm(外径)/Ф98mm(内径)，长1242mm；初始炮钢管坯尺寸：Ф430mm(外径)/Ф138mm(内径)，长1243mm。
[0036]关于耐热合金内衬的选材为耐高温烧蚀磨损的耐热合金，其成分要求为高Cr、Ni、Mo、W含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长寿命复合火炮身管，其特征在于，长寿命复合火炮身管由耐烧蚀高强耐热合金内衬和外层炮钢管体构成，选用一种高Cr、Ni、Mo、W含量的耐高温烧蚀磨损的耐热合金作为外层炮钢管体的内衬，外层炮钢管体采用Cr
‑
Ni
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Mo
‑
V系钢，通过真空封装焊接实现耐热合金内衬和外层炮钢管体的机械嵌套复合，并通过热挤压成形实现复合界面的冶金结合。2.按照权利要求1所述的长寿命复合火炮身管，其特征在于，复合炮身管内衬选材为耐高温烧蚀磨损的耐热合金，成分特点为高Cr含量，且加入Mo、W元素；按重量百分比计，耐热合金内衬的具体成分范围如下：C≤0.1％，Cr18.0～30.0％，Co5～9.5％，W 5～8％，Mo3～6.5％，Al 2～4.5％，Ti 1～1.5％，Fe≤3％，Nb≤1.5％，Ce≤0.02％，B≤0.005％，Mn≤0.3％，Si≤0.3％，Ni余量。3.按照权利要求1所述的长寿命复合火炮身管，其特征在于，外层炮钢管体为中碳Cr
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Ni
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Mo
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V系钢，按重量百分比计，其成分范围如下：C0.2～0.4％，Cr 0.5～1.0％，Ni 2.0～4.0％，Mo 0.15～0.45％，V 0.1～0.4％，Fe余量。4.一种权利要求1至3之一所述的长寿命复合火炮身管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过真空感应熔炼炉制备耐热合金锭和炮钢锭，分别进行锻造、穿孔和轧制，得到设定尺寸的初始耐热合金管坯和初始炮钢管坯；2)对初始耐热合金管坯的外表面和初始炮钢管坯的内表面进行铣磨加工和清洁处理，保证初始耐热合金管坯和初始炮钢管坯的内外径尺寸精度和两端端面齐平光洁，得到构筑耐热合金管坯和构筑炮钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明月，谢碧君，徐斌，刘生，张健杨，李殿中，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：