專利名稱：高性能合金鋼制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能合金鋼制備方法，采用等通道轉角擠壓與激光熔凝技術相結合的方法制備高性能合金鋼合金塊材，提高合金鋼的塑性、強度、硬度等機械性能及其摩擦學性能，進而提高該合金的實際工程應用價值。屬于金屬材料成型與加工技術領域。
背景技術：
鋼鐵材料作為人類使用的最傳統和最主要的結構材料，其經濟性和性能多樣性的結合是目前任何一類工程材料難以媲美的，并在今后相當長的時間內仍將發揮主導作用。合金鋼由于添加了合金元素，改善了鋼的物理與機械性能，具有強度高，塑性韌性好及耐腐蝕性好等優點，應用范圍越來越廣。但隨著科學技術的發展及各種行業對合金的大量需求，合金鋼材料的生產正面臨著資源問題的巨大壓力。磨損是導致合金鋼零部件失效的主要原因，據統計機械零部件的失效80%是由磨損引起的，由此帶來了巨大的材料浪費與消耗。因此，如何充分發揮合金鋼的優勢，進一步提高其力學性能及摩擦學性能，延長其使用壽命成為目前研究的難點問題。傳統提高合金鋼力學性能與摩擦學性能方法主要通過改變元素含量的方法，這種方法雖在一定程度上可改善合金鋼的力學性能，但也存在一定得不足。通常變形合金的變形能力(韌塑性指標)、力學性能、變形溫度和合金元素含量之間有著密切聯系。改變了合金元素的含量改善合金耐磨性的同時，也會導致合金其它力學性能的改變，通常會引起合金鋼塑性及韌性的下降，影響其正常使用。隨著合金鋼的應用范圍擴大，對合金鋼的力學性能及摩擦學性能提出了更高的要求，目前的方法和工藝難以滿足要求，制約了合金鋼的應用范圍的擴大。為了滿足科技的發展對合金鋼更高性能的需求，提高產品質量，迫切需要新的途徑進一步提高合金鋼的性能。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種可制備具有高綜合性能的合金鋼制備方法，既可顯著提高合金鋼的力學性能，又可顯著提高合金鋼的摩擦學性能，解決了現有工藝力學性能與摩擦學性能難以兼顧的難題。為實現這一目的，本發明的技術方案中，采用了等通道轉角擠壓與激光熔凝技術相結合的方法。首先將鑄態、軋態或鍛態的合金鋼進行機加工，切割成塊狀坯料，對坯料進行表面加工處理，使坯料表面平整光滑，在坯料表面涂敷石墨潤滑劑后，采用等通道轉角擠壓模具進行等通道轉角擠壓，經過4道次等通道轉角擠壓處理后，對處理后的合金鋼進行表面清理，進行激光熔凝處理，最終獲得力學性能、摩擦學性能等性能良好的合金鋼材料。本發明的一種高力學性能與摩擦學性能的合金鋼制備方法具體為:將合金鋼毛坯采用線切割加工方法加工成與等 通道轉角擠壓模具截面形狀相同塊狀坯料，并對坯料表面進行磨削，使坯料表面光滑平整，具有較高的光潔度。用丙酮對坯料進行表面清洗，在70 120°C的溫度下預熱10 20分鐘，然后在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，放在60 100°C的溫度下烘干8 15分鐘。本發明采用等通道轉角擠壓模具的擠壓通道角度為60 120°。用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱30 50分鐘，然后涂敷石墨潤滑劑，涂層厚度要均勻。將涂好潤滑劑的合金鋼坯料放入等通道轉角擠壓模具中，并將模具裝配好，在液壓萬能試驗機上對坯料進行擠壓。對擠壓出的坯料再進行表面處理使其光滑平整，并對模具型腔和坯料涂敷石墨潤滑劑，再進行第2次擠壓，重復以上過程，進行4道次以上等通道轉角擠壓。對經等通道轉角擠壓處理后的合金鋼坯料進行表面磨削，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，隨后進行激光熔凝表面處理。激光熔凝處理過程中，可根據需要調整輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，可按需獲得具有不同深度的表面處理層。本發明采用等通道轉角擠壓與激光熔凝相結合的制備方法，對合金鋼先進行等通道轉角擠壓處理，再進行激光熔凝處理，此方法顯著提高了合金鋼的力學性能與摩擦學性能。若采用軋態或鍛態合金鋼，因此類合金鋼已進行過塑性變形處理，等通道擠壓次數可適當減少；若采用鑄態合金鋼，則等通道轉角擠壓次數可適當增加。等通道轉角擠壓處理后，合金鋼強度、硬度等力學性能與常規塑性變形工藝處理的合金鋼力學性能相比顯著提高，可進一步提高合金鋼的力學性能，制備出具有較高力學性能的合金鋼基體材料；經過激光熔凝處理后，合金鋼表面的摩擦學性能顯著提高，最終獲得綜合性能高的合金鋼材料，可充分發揮合金鋼的優勢，擴大合金鋼的應用范圍。試樣在擠壓前后尺寸不變，處理簡單，成材率高，并可實現大工件加工。擠壓前對模具型腔及待擠壓的坯料分別進行潤滑處理，可顯著的降低坯料和模具工作表面間的滑動摩擦阻力，從而有效地提高合金材料的流動均勻性，保證擠壓過程的順利進行；潤滑處理工藝方法簡單，咸本低，經實際操作后，坯料與模具自行脫落，沒有相互粘結在一起，工藝性好，且具有較高的工作效率。
具體實施例方式以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。實施例1:將牌號為Z⑶270-480的鑄態合金鋼毛坯采用線切割加工方法加工成截面積為20 X 20mm，長度為300mm的塊狀坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的合金鋼放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第 2-5次擠壓。將等通道轉角擠壓處理后的合金鋼進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為0.4mm的表面處理層。實施例2:將牌號為39Cr的軋態合金鋼毛坯采用線切割加工方法加工成截面形狀為圓形，截面半徑為10mm，長度為300mm的圓柱形坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的合金鋼放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2-5次擠壓。將等通道轉角擠壓處理后的合金鋼進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為0.5mm的表面處理層。實施例3:將牌號為Q295的鍛態合金鋼毛坯采用線切割加工方法加工成截面形狀為圓形，截面半徑為15mm，長度為200mm的圓柱形坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的合金鋼`放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2-5次擠壓。將等通道轉角擠壓處理后的合金鋼進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為0.3mm的表面處理層。
權利要求
1.一種高性能合金鋼制備方法，其特征在于:采用等通道轉角擠壓與激光熔凝相結合的方法，先對合金鋼進行多道次等通道轉角擠壓處理，獲得具有高力學性能的合金鋼基體材料，后對經擠壓處理后的合金鋼進行激光熔凝表面處理，最終獲得基體具有高力學性能，表面具有高摩擦學性能的合金鋼塊材。
2.根據權利要求1所述的高性能合金鋼制備方法，其特征在于:用于等通道轉角擠壓的合金鋼可以為鑄態、軋態或鍛態的任何一種形態。
3.根據權利要求1所述的高性能合金鋼制備方法，其特征在于:等通道轉角擠壓處理前合金鋼需切割成塊狀坯料，坯料的截面形狀可根據實際需要切割成圓形或方形，坯料進行每次等通道轉角擠壓處理前需進行機加工處理。
4.根據權利要求1所述的高性能合金鋼制備方法，其特征在于:每次等通道轉角擠壓處理時坯料表面需涂敷潤滑劑，以減小坯料與等通道轉角擠壓模具的磨損。
5.根據權利要求1所述的高性能合金鋼制備方法，其特征在于:經過4次以上等通道轉角擠壓處理后，對合金鋼進行激光熔凝表面處理，處理時可調整激光工藝參數，以獲得不同深度的表面處理 層。
全文摘要
本發明公開了一種高性能合金鋼制備方法，將鑄態、軋態或鍛態的合金鋼切割成坯料，所述坯料的截面形狀可根據實際需要切割成圓形或方形，對所述坯料進行表面機加工處理，坯料表面涂敷潤滑劑，采用與坯料截面形狀相一致的等通道轉角擠壓模具進行等通道轉角擠壓處理，每次擠壓處理后再次對坯料表面進行機加工，經4次以上等通道轉角擠壓處理后，將坯料表面處理干凈，進行表面激光熔凝處理，所述激光熔凝處理可根據實際使用需要改變表面處理的工作參數，最終獲得基體具有高力學性能，表面具有高摩擦學性能的合金鋼塊材。本發明可以顯著提高合金鋼的機械性能及摩擦學性能，拓展該合金的應用范圍，更好的滿足實際生產對高性能合金鋼的需要。
文檔編號C21D1/09GK103074473SQ20131001829
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者高雷雷, 劉玉輝, 戴揚, 張健, 邢娟娟 申請人:中國石油大學(華東)