一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺

技术领域

本发明涉及航空用精密合金材料领域，尤其涉及一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺。

背景技术

3J68合金是一种高温高弹性合金，由前苏联在1969年研制成功，该合金弹性、强度和塑性优越，耐高温，在腐蚀介质中有很高的稳定性，广泛应用于航空领域，特别适于用作航空发动机输油管高压弹簧丝材。

但因其加工难度大，成品率低，国内尚无成熟生产厂家，主要依赖进口。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提供一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，用于解决航空用的精密合金弹簧丝材主要依赖进口，国内难以成熟加工的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，包括以下步骤：

S1真空冶炼：原料满足真空冶炼质量要求，烘烤干燥表面磨光处理，全新料配入，熔化期真空度小于5Pa，精炼加入0.03%Ce，0.05%Ni-Mg，Al、Ti、等小料应严格分开按顺序分批加工，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2min，摇炉搅拌3-5分钟，降钢温到1380℃（结膜冲膜状态）低温，调整精炼温度1500℃，精炼时间≥30min，整出钢温度1540-1560℃，浇注38kg电极，浇注后期补缩充分无缩孔，浇铸完成20分钟后破空出模标识。

S2电渣:电极两端切除缩孔，表面磨光处理，电极缩孔小于20%，渣系配比：CaF

S3锻造:钢锭加热制度1160℃～1200℃，锭保温1.5h。开锻温度≥1160℃，终锻温度≥1100℃，回火时间大于30分钟，锻造至方棒平直一致后空冷，探伤检查，表面磨光处理确保无裂纹。

S4热轧软线:热轧加热制度1160℃～1200℃，保温45分钟，开轧温度≥1120℃，终轧温度≥1000℃，轧制规格Φ8.5或Φ10mm盘条，空冷。

S5粗丝拉拔:热处理制度：加热温度1080℃～1100℃，盘条保温45分钟，快速水冷，单道多次缓慢拉拔，生产至Φ1.6mm氢退丝。

S6细丝合金:细丝拉拔成品取样检测性能，最终交货状态为冷拔变形量30%～35%冷拉弹簧丝Φ0.80mm。

较佳的，步骤S1真空冶炼时，加料方式为：底部一层依次从下往上放小块镍板、脱氧碳、镍板，中上部位依次从下往上依次放置W、Co、Cr、镍板，AL、Ti分别加入小料斗中，执行真空冶炼工艺。

较佳的，航空用精密合金弹簧丝材中各元素的重量百分比分别为：

C:0.015-0.05%，Si:≤0.40%，Mn:≤0.40%，P:≤0.015%，S:≤0.010%，Cr:18.0-20.0%，Al:1.3-1.8%，Fe:≤1.0%，Ti:2.7-3.2% ，Co:5.5-6.7%，W:9.0-10.5% ，V:≤0.20%，Cu:≤0.07%，Ce:≤0.05%，B:≤0.002%，余量为Ni和不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，通过设计合理的加工工艺，生产出符合航空发动机输油管高压弹簧用的精密合金弹簧丝材，摆脱了进口依赖，打破了国外市场的垄断，提升了企业的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺的流程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，包括以下步骤：

S1真空冶炼：原料满足真空冶炼质量要求，烘烤干燥表面磨光处理，全新料配入，当前一炉不影响本钢种时，可镍洗炉生产，加料顺序：底部一层依次从下往上放小块镍板、脱氧碳、镍板，中上部位依次从下往上依次放W、Co、Cr、镍板，AL、Ti分别加入小料斗中，执行真空冶炼工艺，熔化期真空度小于5Pa，精炼加入0.03%Ce，0.05%Ni-Mg，Al、Ti、等小料应严格分开按顺序分批加工，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2min，摇炉搅拌3-5分钟，降钢温到1380℃（结膜冲膜状态）低温，调整精炼温度1500℃，精炼时间≥30min，整出钢温度1540-1560℃，浇注38kg电极，浇注后期补缩充分无缩孔，浇铸完成20分钟后破空出模标识。

S2电渣:电极两端切除缩孔，表面磨光处理，电极缩孔小于20%，渣系配比：CaF

S3锻造:钢锭加热制度1160℃～1200℃，锭保温1.5h。开锻温度≥1160℃，终锻温度≥1100℃，回火时间大于30分钟，锻造至方棒平直一致后空冷，探伤检查，表面磨光处理确保无裂纹。

S4热轧软线:热轧加热制度1160℃～1200℃，保温45分钟，开轧温度≥1120℃，终轧温度≥1000℃，轧制规格Φ8.5或Φ10mm盘条，空冷。

S5粗丝拉拔:热处理制度：加热温度1080℃～1100℃，盘条保温45分钟，快速水冷，单道多次缓慢拉拔，生产至Φ1.6mm氢退丝，其中拉拔过程可以依次如下10-9.3退火-8.5伴随退火-7.5-6.7伴随退火-5.8-5.2伴随退火-4.5-4.0伴随退火-3.3-2.8伴随退火-2.3-1.8伴随退火-1.6，这样可获得质量较好的产品。

S6细丝合金:细丝拉拔成品取样检测性能，最终交货状态为冷拔变形量30%～35%的冷拉弹簧丝，规格为Φ0.80mm。

经检验工艺生产的产品可达到以下标准：抗拉强度≥1470Mpa，加热到750℃，2小时空冷后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉。

优选的，航空用精密合金弹簧丝材中各元素的重量百分比分别为：

C:0.015-0.05%，Si:≤0.40%，Mn:≤0.40%，P:≤0.015%，S:≤0.010%，Cr:18.0-20.0%，Al:1.3-1.8%，Fe:≤1.0%，Ti:2.7-3.2% ，Co:5.5-6.7%，W:9.0-10.5% ，V:≤0.20%，Cu:≤0.07%，Ce:≤0.05%，B:≤0.002%，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明的航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺中各元素起到的作用如下：

C:碳元素在一定含量范围内可以提高合金的强度和耐磨损性能，本发明将碳含量设计为0.015-0.05%，可以提高合金的高温性能。

Si:硅元素可提高合金的延展性及抗张强度，还具备脱氧功能，本发明将硅含量设计为不大于0.40%，可提高合金的高温强度，降低杂质含量。

Mn:锰可提高合金的耐磨损性及抗张强度，还具有分离脱氧功能，本发明将锰含量设计为不大于0.40%，可提高合金的高温强度，降低杂质含量。

P、S:为两种致命却无法避免的有害元素，很难溶解到合金中，它们能与镍和铬生成低熔点和共晶化合物，随着合金的凝固，从晶界处析出并聚集在晶界上，使晶界变得脆化，影响了合金的塑性和热强性。因此，将其含量分别设置在P：≤0.015%，S：≤0.010%。

Cr:铬是提高合金高温抗氧化性能的关键元素，合金在高温形成的保护氧化膜主要由CrO组成；以CrO为主的氧化膜较致密，附着性也较强，可以保证合金在高温下长期使用。本发明将铬含量设计为18.0-20.0%，可以提高合金的耐高温性能。

Al:铝可以提高合金的高温抗氧化性、提高时效硬化，本发明将铝含量设计为1.3-1.8%，可以提高合金高温性能，延长合金在高温环境下的使用寿命。

Fe:铁可以提高合金对高温环境的抵抗性、降低合金成本、控制热膨胀，本发明将铁含量设计为不大于1.0%，可提高合金的耐高温性能。

Ti:钛与碳结合，可以减少热处理时发生碳化铬沉淀造成的晶间腐蚀，本发明将钛含量设计为不大于2.7-3.2%，可提高合金的高温耐蚀性能。

Co:钴元素可以增加合金的硬度和力度，提高合金的高温强度，本发明将钴含量设计为5.5-6.7%，可延长合金在高温环境下的使用寿命。

W:钨是稀有高熔点金属，可提高合金的高温硬度,钨的强度和硬度非常高。本发明将钨含量设计为不大于9.0-10.5%。

V:钒是优良脱氧剂，钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。本发明将钒含量设计为不大于0.20%。

Cu:微量铜元素产生微合金化效果，可以使合金的高温抗蚀性、持久高温强度和塑性均有所提升。本发明将铜含量设计为不大于0.07%。

Ce:稀土元素铈作为净化剂可以降低氧和硫在晶界的有害影响，又可作为活性元素改善合金的抗氧化性能，本发明将铈含量设计为不大于0.05%。

B:微量的硼就可改善合金的致密性和热轧性能,提高强度，本发明将硼含量设计为不大于0.002%。

Ni:镍在镍基高温合金中为母体，形成奥氏体基体，合金抗晶间腐蚀性能随着镍含量的增加而提高，使合金具有较高的强度与良好的抗氧化、抗腐蚀性能。

本发明提供的航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，通过设计合理的加工工艺和合理的材料配比，生产出的密合金弹簧丝材，在750℃空冷2小时后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉，符合航空发动机输油管高压弹簧用标准，摆脱了进口依赖，打破了国外市场的垄断，提升了企业的市场竞争力。

实施例1：

本发明实施例1的一种航空用精密合金弹簧丝材中，各元素的重量百分比为：C:0.05%，Si:0.40%，Mn:0.40%，P:0.015%，S:0.010%，Cr:20.0%，Al:1.8%，Fe:1.0%，Ti:3.2% ，Co:6.7%，W:10.5% ，V:0.20%，Cu:0.07%，Ce:0.03%，B:0.002%，余量为Ni和不可避免的杂质。

本实施例的航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺如下：

S1真空冶炼：原料满足真空冶炼质量要求，烘烤干燥表面磨光处理，全新料配入，当前一炉不影响本钢种时，可镍洗炉生产，加料顺序：底部一层依次从下往上放小块镍板、脱氧碳、镍板，中上部位依次从下往上依次放W、Co、Cr、镍板，AL、Ti分别加入小料斗中，执行真空冶炼工艺，熔化期真空度4.9Pa，精炼加入0.03%Ce，0.05%Ni-Mg，Al、Ti、等小料应严格分开按顺序分批加工，精炼期真空度8Pa，采用三次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续2min，摇炉搅拌5分钟，降钢温到1380℃（结膜冲膜状态）低温，调整精炼温度1500℃，精炼时间35min，整出钢温度1560℃，浇注38kg电极，浇注后期补缩充分无缩孔，浇铸完成20分钟后破空出模标识。

S2电渣:电极两端切除缩孔，表面磨光处理，电极缩孔小于20%，渣系配比：CaF

S3锻造:钢锭加热制度1200℃，锭保温1.5h。开锻温度1190℃，终锻温度1130℃，回火时间35分钟，锻造至方棒平直一致后空冷，探伤检查，表面磨光处理确保无裂纹。

S4热轧软线:热轧加热制度1200℃，保温45分钟，开轧温度1150℃，终轧温度1030℃，轧制规格Φ10mm盘条，空冷。

S5粗丝拉拔:热处理制度：加热温度1100℃，盘条保温45分钟，快速水冷，单道多次缓慢拉拔，生产至Φ1.6mm氢退丝，其中拉拔过程可以依次如下10-9.3退火-8.5伴随退火-7.5-6.7伴随退火-5.8-5.2伴随退火-4.5-4.0伴随退火-3.3-2.8伴随退火-2.3-1.8伴随退火-1.6。

S6细丝合金:细丝拉拔成品取样检测性能，最终交货状态为冷拔变形量30%～35%的冷拉弹簧丝，规格为Φ0.80mm。

经检验生产的产品可达到以下标准：抗拉强度≥1470Mpa，加热到750℃，2小时空冷后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉。

实施例2：

本发明实施例2的一种航空用精密合金弹簧丝材中，各元素的重量百分比为：C:0.03%，Si:0.30%，Mn:0.30%，P:0.010%，S:0.010%，Cr:19.0%，Al:1.6%，Fe:0.8%，Ti:3.0% ，Co:6.0%，W:10.0% ，V:0.18%，Cu:0.06%，Ce:0.03%，B:0.002%，余量为Ni和不可避免的杂质。

本实施例的航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺如下：

S1真空冶炼：原料满足真空冶炼质量要求，烘烤干燥表面磨光处理，全新料配入，当前一炉不影响本钢种时，可镍洗炉生产，加料顺序：底部一层依次从下往上放小块镍板、脱氧碳、镍板，中上部位依次从下往上依次放W、Co、Cr、镍板，AL、Ti分别加入小料斗中，执行真空冶炼工艺，熔化期真空度4.8Pa，精炼加入0.03%Ce，0.05%Ni-Mg，Al、Ti、等小料应严格分开按顺序分批加工，精炼期真空度7.8Pa，采用两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续2min，摇炉搅拌4分钟，降钢温到1380℃（结膜冲膜状态）低温，调整精炼温度1500℃，精炼时间32min，整出钢温度1550℃，浇注38kg电极，浇注后期补缩充分无缩孔，浇铸完成20分钟后破空出模标识。

S2电渣:电极两端切除缩孔，表面磨光处理，电极缩孔小于20%，渣系配比：CaF

S3锻造:钢锭加热制度1180℃，锭保温1.5h。开锻温度1170℃，终锻温度1120℃，回火时间32分钟，锻造至方棒平直一致后空冷，探伤检查，表面磨光处理确保无裂纹。

S4热轧软线:热轧加热制度1180℃，保温45分钟，开轧温度1140℃，终轧温度1020℃，轧制规格Φ8.5盘条，空冷。

S5粗丝拉拔:热处理制度：加热温度1080℃，盘条保温45分钟，快速水冷，单道多次缓慢拉拔，生产至Φ1.6mm氢退丝，其中拉拔过程可以依次如下10-9.3退火-8.5伴随退火-7.5-6.7伴随退火-5.8-5.2伴随退火-4.5-4.0伴随退火-3.3-2.8伴随退火-2.3-1.8伴随退火-1.6，这样可获得质量较好的产品。

S6细丝合金:细丝拉拔成品取样检测性能，最终交货状态为冷拔变形量30%～35%的冷拉弹簧丝，规格为Φ0.80mm。

经检验生产的产品可达到以下标准：抗拉强度≥1470Mpa，加热到750℃，2小时空冷后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉。

实施例3：

本发明实施例3的一种航空用精密合金弹簧丝材中，各元素的重量百分比为：C:0.015%，Si:0.20%，Mn:0.20%，P:0.010%，S:0.080%，Cr:18.0%，Al:1.3%，Fe:0.06%，Ti:2.7%，Co:5.5%，W:9.0% ，V:0.15%，Cu:0.05%，Ce:0.03%，B:0.001%，余量为Ni和不可避免的杂质。

本实施例的航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺如下：

S1真空冶炼：原料满足真空冶炼质量要求，烘烤干燥表面磨光处理，全新料配入，当前一炉不影响本钢种时，可镍洗炉生产，加料顺序：底部一层依次从下往上放小块镍板、脱氧碳、镍板，中上部位依次从下往上依次放W、Co、Cr、镍板，AL、Ti分别加入小料斗中，执行真空冶炼工艺，熔化期真空度4.6Pa，精炼加入0.03%Ce，0.05%Ni-Mg，Al、Ti、等小料应严格分开按顺序分批加工，精炼期真空度7.5Pa，采用两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1min，摇炉搅拌3分钟，降钢温到1380℃（结膜冲膜状态）低温，调整精炼温度1500℃，精炼时间30min，整出钢温度1540℃，浇注38kg电极，浇注后期补缩充分无缩孔，浇铸完成20分钟后破空出模标识。

S2电渣:电极两端切除缩孔，表面磨光处理，电极缩孔小于20%，渣系配比：CaF

S3锻造:钢锭加热制度1160℃，锭保温1.5h。开锻温度1160℃，终锻温度1100℃，回火时间31分钟，锻造至方棒平直一致后空冷，探伤检查，表面磨光处理确保无裂纹。

S4热轧软线:热轧加热制度1160℃，保温45分钟，开轧温度1120℃，终轧温度1000℃，轧制规格Φ8.5或盘条，空冷。

S5粗丝拉拔:热处理制度：加热温度1080℃，盘条保温45分钟，快速水冷，单道多次缓慢拉拔，生产至Φ1.6mm氢退丝，其中拉拔过程可以依次如下10-9.3退火-8.5伴随退火-7.5-6.7伴随退火-5.8-5.2伴随退火-4.5-4.0伴随退火-3.3-2.8伴随退火-2.3-1.8伴随退火-1.6，这样可获得质量较好的产品。

S6细丝合金:细丝拉拔成品取样检测性能，最终交货状态为冷拔变形量30%～35%的冷拉弹簧丝，规格为Φ0.80mm。

经检验生产的产品可达到以下标准：抗拉强度≥1470Mpa，加热到750℃，2小时空冷后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉。

综上所述，本发明提供一种航空用精密合金弹簧丝材的制备工艺，通过设计合理的加工工艺和合理的材料配比，生产出的密合金弹簧丝材，在750℃空冷2小时后抗拉强度≥1771Mpa，外观质量光滑、没有折叠、裂纹、发纹和分叉，符合航空发动机输油管高压弹簧用标准，摆脱了进口依赖，打破了国外市场的垄断，提升了企业的市场竞争力。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。