本發(fā)明涉及一種金屬深孔構(gòu)件的成形方法。

背景技術(shù)：
隨著國家大飛機(jī)、高速軌道裝備、新能源、高端武器裝備等重大工程的實(shí)施，對(duì)高強(qiáng)合金鋼深孔構(gòu)件的應(yīng)用需求越來越廣泛和迫切，不僅要求具有很高的強(qiáng)度，還需要具有優(yōu)良的塑性和韌性，制造成本低廉。目前對(duì)于通孔型管坯一般采用擠壓穿孔或輥斜軋穿孔工藝，擠壓穿孔工藝流程一般包括預(yù)制坯、反擠壓、切底、空心坯料正擠壓、校形等工藝，工藝流程較長；兩輥斜軋穿孔一般應(yīng)用于薄壁管坯穿孔，兩輥斜軋的傾斜角一般6°～12°，效率較低；三輥斜軋一般應(yīng)用于厚壁管坯穿孔，壁厚精度可以達(dá)到±5％。深孔構(gòu)件一次整體擠壓成形困難，主要原因在于大長徑比構(gòu)件反擠壓過程中凸模承受的壓力快速增大，凸模容易失穩(wěn)失效，而減壁旋壓工藝效率低下。盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)低合金高強(qiáng)鋼開展了電子束焊接、激光焊接等工藝研究，但由于電子束受真空室影響、激光焊受激光功率影響，無法焊接大長徑比高強(qiáng)度合金鋼構(gòu)件，也不能保證厚壁焊縫質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)深孔構(gòu)件的需求廣泛，如何降低深孔構(gòu)件的制造成本、提高制造效率成為關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種低合金高強(qiáng)鋼深孔構(gòu)件的快速成形方法，解決高強(qiáng)深孔構(gòu)件整體擠壓成形難度大、效率低的問題，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：一種低合金高強(qiáng)鋼深孔構(gòu)件的快速成形方法，其特征在于：包括如下步驟：管坯件成形、盲孔件成形、退火、復(fù)合焊接和熱處理；管坯件成形，管坯件的壁厚與外徑之比小于0.4，始鍛加熱溫度1100～1200℃，然后進(jìn)行三輥熱軋穿孔、連軋延伸、微張力定徑，三輥斜軋穿孔的螺旋角α在13°～20°、傾斜角β在10°～15°，初始機(jī)架的最大減徑率小于3%，成品機(jī)架的最大減徑率小于0.5%，前一機(jī)架的孔型短半軸小于后一機(jī)架的長半軸；盲孔件成形，計(jì)算棒料下料尺寸，棒料加熱溫度1100～1200℃，進(jìn)行熱反擠壓成形，變形量30～70%；退火，是將管坯件、盲孔件進(jìn)行同爐退火，退火溫度650～750℃，保溫時(shí)間2～3h，爐冷至適當(dāng)溫度出爐空冷至室溫；復(fù)合焊接，采用TIG焊焊接打底層和電弧焊焊接覆蓋層的方法，將管坯件和盲孔件進(jìn)行連接，TIG焊采用高溫合金焊條，電弧焊采用低氫型焊條；焊條烘烤溫度200～300℃、保溫時(shí)間1.5～2h，管坯件和盲孔件的焊接部位預(yù)熱溫度220～250℃；熱處理，在860～900℃溫度保溫0.5～1min后進(jìn)行油淬，然后在260～300℃回火2～3h。本發(fā)明公開的一種低合金高強(qiáng)鋼深孔構(gòu)件的快速成形方法，在現(xiàn)有設(shè)備資源上容易實(shí)現(xiàn)，能夠有效提高深孔構(gòu)件的制造效率，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)合金深孔構(gòu)件的快速成形，提高深孔構(gòu)件的制造效率，同時(shí)通過熱處理改善母材和焊縫的組織性能，保證高強(qiáng)深孔構(gòu)件的制造性能，降低制造成本，深孔構(gòu)件強(qiáng)韌性較好、制造成本低，現(xiàn)場操作和維護(hù)方便，在深海石油裝備、鍋爐裝備、高速軌道裝備、彈箭武器等重大工程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。說明書附圖圖1為三輥斜軋示意圖；圖2為輥輪與坯料間螺旋角α示意圖；圖3為輥輪與坯料間傾斜角β示意圖；圖4為反擠壓示意圖；圖5為深孔構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意一；圖6為深孔構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意二。圖中，1-上模板，2-上墊板，3-凸模固定套，4-凸模，5-凹模，6-下墊板，7-下模板，8-坯料。具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1（1）深孔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖如圖5，材料為30CrMnSiNi2A，最大外徑為296mm、最大壁厚為36mm、總長2460mm。（2）管坯件壁厚與直徑之比設(shè)計(jì)為0.14，棒料在環(huán)形爐中將坯料加熱至1120±10℃，在熱軋穿孔機(jī)上進(jìn)行三輥熱軋穿孔，穿孔芯棒采用H13鋼，芯棒直徑為218mm，芯棒內(nèi)部通循環(huán)冷卻水，三輥斜軋的螺旋角α在16°、傾斜角β在10.5°；如圖1至圖3所示。當(dāng)穿孔完后的毛管接著進(jìn)行限動(dòng)芯棒三輥連軋延伸，通過芯棒保證軋件的壁厚，芯棒直徑為216mm；接著在多架三輥張力減徑機(jī)上進(jìn)行微張力定徑，其中初始機(jī)架的最大減徑率為2.14%，成品機(jī)架的最大減徑率為0.48%，前一機(jī)架的孔型短半軸小于后一機(jī)架的長半軸。（3）盲孔件成形選用的棒料直徑為300mm，在電阻爐中加熱至1120±10℃，反擠壓模具的凸凹模預(yù)熱溫度為300℃，反擠壓件變形量50.1%。反擠壓采用的設(shè)備如圖4所示。（4）將管坯件、盲孔件在熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為680±10℃，保溫時(shí)間2.5h，爐冷至450℃后出爐空冷至室溫。（5）將管坯件、盲孔件焊接部位進(jìn)行加工與除銹處理，采用TIG焊（TungstenInertGasWelding）方法將管坯件、盲孔件進(jìn)行打底層預(yù)連接，焊條采用HTG-1高溫合金材料，焊條預(yù)熱溫度250℃、保溫時(shí)間1.5h；接著電弧焊方法焊接覆蓋層，焊條采用H18Mn2CrMoB低氫型材料，焊條預(yù)熱溫度220℃、保溫時(shí)間1.5h。（6）在860℃溫度保溫0.5h后進(jìn)行油淬，然后在260℃回火2.5h。（7）對(duì)深孔構(gòu)件進(jìn)行取樣測試，母體抗拉強(qiáng)度大于1600MPa、屈服強(qiáng)度大于1400MPa、延伸率大于11%，焊接接頭抗拉強(qiáng)度大于1400MPa、屈服強(qiáng)度大于1200MPa、延伸率大于15%。實(shí)施例2（1）深孔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖如圖6，材料為40CrNi2Si2MoVA，最大外徑為380mm、最大壁厚為45mm、總長2930mm。（2）管坯件壁厚與直徑之比設(shè)計(jì)為0.15，在環(huán)形爐中將坯料加熱至1150±10℃，在熱軋穿孔機(jī)上進(jìn)行三輥熱軋穿孔，穿孔芯棒采用H13鋼，芯棒直徑為270mm，芯棒內(nèi)部通循環(huán)冷卻水，三輥斜軋的螺旋角α在16°、傾斜角β在10.5°；當(dāng)穿孔完后的毛管接著進(jìn)行限動(dòng)芯棒三輥連軋延伸，通過芯棒保證軋件的壁厚，芯棒直徑為268mm；接著在多架三輥張力減徑機(jī)上進(jìn)行微張力定徑，其中初始機(jī)架的最大減徑率為2.36%，成品機(jī)架的最大減徑率為0.45%，前一機(jī)架的孔型短半軸小于后一機(jī)架的長半軸。（3）盲孔件成形選用的棒料直徑為384mm，在電阻爐中加熱至1150±10℃，反擠壓模具的凸凹模預(yù)熱溫度為300℃，反擠壓件變形量52.7%。（4）將管坯件、盲孔件在熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為700±10℃，保溫時(shí)間2.5h，爐冷至450℃后出爐空冷至室溫。（5）將管坯件、盲孔件焊接部位進(jìn)行加工與除銹處理，采用TIG焊方法將管坯件、盲孔件進(jìn)行打底層預(yù)連接，焊條采用HTG-1高溫合金材料，焊條預(yù)熱溫度220℃、保溫時(shí)間2h；接著電弧焊方法焊接覆蓋層，焊條采用H18Mn2CrMoB低氫型材料，焊條預(yù)熱溫度220℃、保溫時(shí)間2h。（6）在870℃溫度保溫0.5h后進(jìn)行油淬，然后在300℃回火2h。（7）對(duì)深孔構(gòu)件進(jìn)行取樣測試，母體抗拉強(qiáng)度大于1800MPa、屈服強(qiáng)度大于1600MPa、延伸率大于10%，焊接接頭抗拉強(qiáng)度大于1500MPa、屈服強(qiáng)度大于1100MPa、延伸率大于12%。