本發(fā)明涉及鋼件，特別是一種消除內(nèi)應(yīng)力提高超高強(qiáng)度鋼薄壁工件尺寸精
度方法（又稱一種提高超高強(qiáng)度鋼薄壁件尺寸精度復(fù)合時(shí)效方法，復(fù)合時(shí)效是指真空熱時(shí)效+振動(dòng)時(shí)效）。
背景技術(shù)：
目前在消除工件應(yīng)力提高尺寸精度技術(shù)領(lǐng)域中，時(shí)效方法主要有自然時(shí)效、熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效。自然時(shí)效一般不應(yīng)用在超高強(qiáng)度鋼制工件的實(shí)際生產(chǎn)中，其主要應(yīng)用在有色金屬工件的生產(chǎn)；消除超高強(qiáng)度鋼制工件應(yīng)力提高尺寸精度的時(shí)效方法，主要采用熱時(shí)效或振動(dòng)時(shí)效，但是單一時(shí)效方法很難有效消除或降低經(jīng)過熱處理強(qiáng)化和粗加工后的高殘余應(yīng)力。熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效均具有工藝變形小的優(yōu)點(diǎn)，而且熱時(shí)效有高的應(yīng)力下降率、峰值應(yīng)力下降幅度大，振動(dòng)時(shí)效有良好的應(yīng)力均化效果。利用熱時(shí)效大幅度降低峰值應(yīng)力和振動(dòng)時(shí)效均化應(yīng)力能力，形成先真空熱時(shí)效后振動(dòng)時(shí)效的復(fù)合時(shí)效方法應(yīng)用在提高超高強(qiáng)度鋼薄壁件實(shí)際生產(chǎn)中，目前在國(guó)內(nèi)仍是技術(shù)空白。
在提高超高強(qiáng)度鋼薄壁件尺寸精度復(fù)合時(shí)效處理方面，特別是對(duì)壁厚為2mm～3mm左右，尺寸精度要求≤0.08mm，抗拉強(qiáng)度rm≥1560mpa的超高強(qiáng)度鋼工件，目前主要是在精加工前采用振動(dòng)方法進(jìn)行去應(yīng)力來提高精加工后工件的尺寸精度。通過實(shí)踐，超高強(qiáng)度鋼薄壁工件經(jīng)過振動(dòng)時(shí)效精加工后，尺寸精度穩(wěn)定效果差，尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的工件占45％左右，合格率較低；經(jīng)分析，其主要原因是由于超高強(qiáng)度鋼薄壁工件熱處理后抗拉強(qiáng)度較高，且半精加工后產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力，綜合內(nèi)應(yīng)力較大，在振動(dòng)時(shí)發(fā)生微塑性變形受到較大阻力，無法有效的降低、均化內(nèi)應(yīng)力，使得振動(dòng)后的工件仍然存在較高的殘余內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力和后續(xù)機(jī)械加工應(yīng)力疊加作用，尺寸穩(wěn)定性差，造成尺寸超差。因此，如何消除內(nèi)應(yīng)力，提高工件強(qiáng)度，保證精度是需要認(rèn)真解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種消除
內(nèi)應(yīng)力提高超高強(qiáng)度鋼薄壁工件尺寸精度方法，可有效解決消除超高強(qiáng)度鋼薄壁工件內(nèi)應(yīng)力，增強(qiáng)強(qiáng)度，提高尺寸穩(wěn)定性和精度的問題。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，首先將工件裝在高壓氣淬真空爐內(nèi)，在1.33×10-1pa～1.33×10-3pa真空度下，以10～13℃∕min的加熱速率將工件加熱至420～440℃，當(dāng)?shù)陀跓崽幚砉ば蚧鼗饻囟?0～100℃時(shí)，保溫4～5小時(shí)，再在1.5bar的高純度氮?dú)獗Ｗo(hù)下慢速冷卻至室溫；再利用激振器在頻率為60～98hz、轉(zhuǎn)速為3600～5700rpm下采用5個(gè)不同頻率連續(xù)對(duì)工件振動(dòng)40min，其中，5個(gè)頻率間至少有兩個(gè)頻率的加速度達(dá)到30～70m/s2,有效消除內(nèi)應(yīng)力，提高工件強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證工件精度。
本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易操作，效果好，集真空熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效于一體，能夠最大限度的降低、均化工件內(nèi)應(yīng)力，提高精加工后工件的尺寸精度，給結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄、尺寸精度高、加工難度大的工件實(shí)際生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障，提高了工件的使用價(jià)值和使用壽命，有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。
本發(fā)明在具體實(shí)施中，可由以下具體實(shí)施例給出：
實(shí)施例1:本發(fā)明消除內(nèi)應(yīng)力提高超高強(qiáng)度鋼薄壁工件尺寸精度方法，將工件裝在高壓氣淬真空爐內(nèi)，在1.30×10-2pa～2.40×10-3pa真空度下，以10℃∕min的加熱速率將工件加熱至425℃，當(dāng)?shù)陀跓崽幚砉ば蚧鼗饻囟?5℃時(shí)，保溫4.2小時(shí)，再在1.5bar的高純度氮?dú)獗Ｗo(hù)下慢速冷卻至室溫；再利用激振器采用5個(gè)不同頻率連續(xù)對(duì)工件振動(dòng)40min，其中，5個(gè)頻率分別是60hz、66hz、72hz、80hz、83hz，激振器轉(zhuǎn)速分別是3600rpm、3960rpm、4320rpm、4800rpm、4980rpm，平均加速度分別是22.5m/s2、27.8m/s2、29.7m/s2、54.1m/s2、69.6m/s2，振動(dòng)時(shí)間分別為10min、8min、8min、8min、6min，有效消除內(nèi)應(yīng)力，提高工件強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證工件精度。
實(shí)施例2：本發(fā)明消除內(nèi)應(yīng)力提高超高強(qiáng)度鋼薄壁工件尺寸精度方法，將工件裝在高壓氣淬真空爐內(nèi)，在0.8×10-2pa～8.6×10-3pa真空度下，以11.5℃∕min的加熱速率將工件加熱至430℃，當(dāng)?shù)陀跓崽幚砉ば蚧鼗饻囟?0℃時(shí)，保溫4.5小時(shí)，再在1.5bar的高純度氮?dú)獗Ｗo(hù)下慢速冷卻至室溫；再利用激振器采用5個(gè)不同頻率連續(xù)對(duì)工件振動(dòng)40min，其中，5個(gè)頻率分別是91.7hz、89.9hz、88hz、85.5hz、63hz，激振器轉(zhuǎn)速分別是4803rpm、5683rpm、5390rpm、5038rpm、4803rpm，平均加速度分別是39.1m/s2、38.4m/s2、35.6m/s2、27.4m/s2、21.8m/s2，振動(dòng)時(shí)間分別為10min、8min、8min、8min、6min，有效消除內(nèi)應(yīng)力，提高工件強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證工件精度。
實(shí)施例3：本發(fā)明消除內(nèi)應(yīng)力提高超高強(qiáng)度鋼薄壁工件尺寸精度方法，將工件裝在高壓氣淬真空爐內(nèi)，在0.2×10-2pa～9.8×10-3pa真空度下，以13℃∕min的加熱速率將工件加熱至435℃，當(dāng)?shù)陀跓崽幚砉ば蚧鼗饻囟?5℃時(shí)，保溫4.8小時(shí)，再在1.5bar的高純度氮?dú)獗Ｗo(hù)下慢速冷卻至室溫；再利用激振器采用5個(gè)不同頻率連續(xù)對(duì)工件振動(dòng)40min，其中，5個(gè)頻率分別是97.7hz、94.7hz、89.8hz、84.0hz、80.1hz，激振器轉(zhuǎn)速分別是4803rpm、5683rpm、5390rpm、5038rpm、4803rpm，平均加速度分別是39.3m/s2、36.7m/s2、33.1m/s2、19.4m/s2、17.5m/s2，振動(dòng)時(shí)間分別為10min、8min、8min、8min、6min，有效消除內(nèi)應(yīng)力，提高工件強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證工件精度。
由上述可以看出，本發(fā)明采用真空熱時(shí)效及振動(dòng)時(shí)效構(gòu)成復(fù)合時(shí)效，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和效果：
1.保證超高強(qiáng)度鋼薄壁件熱處理工序后的內(nèi)應(yīng)力和半精加工應(yīng)力得到充分釋放和降低、微觀組織更加穩(wěn)定，而且表面無氧化，因此內(nèi)應(yīng)力減小、表面無脫碳、變形小，體現(xiàn)為薄壁工件精加工后尺寸穩(wěn)定性和精度增加，保證了精加工余量的有效性。
2.工件有效的發(fā)生微塑性變形，內(nèi)應(yīng)力最大限度得到降低和均勻化，體現(xiàn)為進(jìn)一步提高薄壁工件精加工后尺寸穩(wěn)定性和精度。
3.工件機(jī)械性能發(fā)生微變化，抗拉強(qiáng)度降低≤6mpa,斷后伸長(zhǎng)率升高≤1.0％，仍保持在熱處理后的技術(shù)要求范圍內(nèi)，體現(xiàn)為超高強(qiáng)度鋼薄壁工件真空熱時(shí)效后的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。
4.工件峰值殘余應(yīng)力在真空熱時(shí)效后得到大幅度降低，在較低內(nèi)應(yīng)力的基礎(chǔ)上再通過振動(dòng)時(shí)效，最大限度的降低了工件內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)應(yīng)力也得到有效均勻化，綜合變形小，因此有效提高工件在精加工后尺寸穩(wěn)定性和精度。
本發(fā)明在不降低熱處理機(jī)械性能前提下，采用先真空熱時(shí)效后振動(dòng)時(shí)效的復(fù)合時(shí)效方法取代振動(dòng)時(shí)效。復(fù)合時(shí)效方法充分結(jié)合了熱時(shí)效大幅度降低峰值應(yīng)力和振動(dòng)時(shí)效良好的應(yīng)力降低、均化能力。實(shí)踐證明，超高強(qiáng)度鋼薄壁件經(jīng)過復(fù)合時(shí)效（真空熱時(shí)效+振動(dòng)時(shí)效），精加工后，尺寸精度穩(wěn)定效果好，保證了該類工件的批量生產(chǎn)。
經(jīng)實(shí)地應(yīng)用和測(cè)試，超高強(qiáng)度鋼薄壁工件，材料45crnimo1va，狀態(tài)為熱處理和半精加工后，半錐形管狀(長(zhǎng)510mm，大口φ155mm，小口φ120mm)，壁厚2.85mm，抗拉強(qiáng)度rm≥1578mpa，斷后伸長(zhǎng)率a≥11.5％，同批工件25個(gè)；先檢測(cè)25個(gè)工件殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力平均值為155mpa；然后采用本發(fā)明方法對(duì)工件進(jìn)行處理，真空熱時(shí)效處理后抽取5個(gè)工件按gb/t228.1規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度rm≥1572mpa，斷后伸長(zhǎng)率a≥12.5％，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別滿足1560mpa和10％的技術(shù)要求；再對(duì)余下的20個(gè)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，振動(dòng)時(shí)效是將工件剛性牢固裝夾在專用平臺(tái)上，利用小波頻譜振動(dòng)消除應(yīng)力系統(tǒng)，采用5個(gè)不同頻率連續(xù)振動(dòng)40分鐘，5個(gè)不同頻率間至少有兩個(gè)頻率的加速度要求達(dá)到30m/s2～70m/s2；對(duì)振動(dòng)時(shí)效后的20個(gè)工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，殘余應(yīng)力平均值為52mpa；應(yīng)力檢測(cè)后進(jìn)行精加工，將精加工后的20個(gè)工件一同分別放置15天、45天、75天、105天、135天、165天后分別檢測(cè)關(guān)鍵尺寸變形量，不同時(shí)間段的平均變形量分別為0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.05mm、0.05mm、0.05mm，關(guān)鍵尺寸變形量遠(yuǎn)小于0.08mm，尺寸精度高、穩(wěn)定性好，并經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)，均取得了相同或相近似的結(jié)果，表明方法穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，在保證超高強(qiáng)度鋼薄壁工件抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率的前提下，大幅度降低了殘余應(yīng)力，有效提高了精加工后的尺寸穩(wěn)定性和精度，提高工件使用壽命3倍以上，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。