一种航空用PH13-8Mo零件的加工方法与流程

本发明涉及金属材料加工技术领域,具体是指一种航空用ph13-8mo零件的加工方法。

背景技术：

ph13-8mo（0cr13ni8mo2al）不锈钢具有高的强度,还具有良好的断裂韧性和良好的横向力学性能,并能在海洋、油气环境中具备优良的耐应力腐蚀性能。由于该牌号钢良好的综合性能,已广泛应用于飞机关键受力的框、梁及工作环境恶劣的油箱等部位。

为获得最佳的金属流线分布和消除原材料中的铸造缺陷,航空用ph13-8mo零件使用ph13-8mo锻件作为原材料进行加工。为使ph13-8mo达到标准要求的力学性能,ph13-8mo锻件需经过一系列热处理,其工序为：固溶-冷处理-人工时效。固溶工序中,材料经由925℃快速冷却至室温；冷处理则是将锻件置于0℃环境中保温数小时后取出；最后经500~540℃下时效,使材料发生沉淀硬化,即可获得高强度、高断裂韧性的综合力学性能。

随着飞机零件设计整体化、大型化,航空零件的尺寸、精度要求高不断提高,零件长度可达两米以上,零件又以厚度为1~5mm的薄壁、筋条为主,同时零件翘曲要控制在0.1mm以内。如果以零件状态进行热处理,在固溶、时效过程中由于零件自身形状的复杂性,会导致加热、冷却过程中温度场分布不均,从而使零件产生严重的变形,无法满足零件的几何尺寸要求。因此,现有的ph13-8mo航空零件在机械加工（冷加工）过程中不再进行热处理,而是在锻件状态进行固溶+冷处理+人工时效。由于加工余量（10mm以上）的存在,可在后续机加工过程中修正锻件在热处理过程中产生的变形,从而在获取材料性能的前提下确保零件尺寸精度。但是,固溶+冷处理+人工时效后的材料硬度高达45hrc,机械加工极其困难,造成刀具磨损大,加工效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种针对航空用ph13-8mo零件的加工方法,该方法能够降低航空用ph13-8mo零件的综合加工成本,提高加工效率,同时保证材料具有足够的性能,并保证航空用ph13-8mo零件的加工精度。

本发明通过下述技术方案实现：一种航空用ph13-8mo零件的加工方法,包括以下步骤：

（1）ph13-8mo棒材经下料、制坯,并经过至少一次模锻、切边后形成一定形状的锻件,并在600~760℃退火,消除锻造过程中的残余应力；

（2）对锻件进行固溶处理；

（3）接着对锻件进行冷处理；

（4）冷处理完成后,对锻件进行粗加工,初步形成毛坯零件；

（5）对制成的毛坯零件进行人工时效处理；

（6）最后对毛坯零件进行精加工,制成航空用ph13-8mo零件成品。

本技术方案通过在锻件粗加工工序后设置人工时效工序,改变传统的热处理、冷加工过程完全独立的工艺方法,选择在ph13-8mo材料硬度较低的热处理状态下进行粗加工,完成大部分材料的去除；然后在精加工前,确保有足够加工余量的状态下进行人工时效处理,从而获得材料的综合力学性能；最后经过精加工修正零件变形确保零件几何尺寸精度。

为更好的实现本发明,进一步地,在所述步骤（1）中,模锻的次数模锻的次数视所需加工零件的复杂程度而定,一般为一次或两次,二次模锻时,需要对第一次模锻的锻件进行切边或清理后,才能进行第二次模锻。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（2）中,对锻件进行固溶处理过程为,将锻件加热至800~1000℃,并保温150~1800分钟,再对其加热升温5~45℃,并保温50~90分钟,冷却至室温。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（2）中,先将锻件加热至900±10℃℃,并保温180±15分钟,再升温至925±10℃,并保温60±6min分钟,使用冷却油冷却至室温,冷却时间不少于45分钟。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（3）中,对锻件进行冷处理的过程为,将锻件降温至-50~20℃,并保温60~1200分钟,然后置于外部环境内,待其温度至室温。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（3）中,通过人工控制温度冷却,将锻件降温至0±5℃,并保温0±5℃分钟,然后置于外部环境内,待其温度至室温,,实现ph13-8mo材料的固溶体稳定化,避免沉淀相的析出。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（4）中,锻件的粗加工需要将锻件外层通过铣刀铣去至少5mm,并根据零件外形保留至少5mm的加工余量,对其进行超声波探伤后,保证零件外形保留4mm的加工余量。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（5）中,对毛坯零件的人工时效处理过程为,加热毛坯零件至500~540℃,并保温30~2400分钟,再升温至540±5℃,保温120~300分钟,置于室温环境内,利用空气自然冷却。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（5）中,毛坯零件通过人工加热的方式实现沉淀硬化,加热毛坯零件至500±5℃,并保温60±6分钟,再升温至540±5℃,保温240±15分钟,置于室温环境内,利用空气自然冷却。

为更好的实现本发明,进一步地,所述步骤（6）中,对毛坯零件精加工过程为,先半精铣内外型,自然时效,再根据变形量垫平基准面,精铣基准面、基准孔,精铣内外形,制成零件成品。

本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过将人工时效工序设置在机械加工（过程中,在锻件粗加工完成后再进行人工时效（沉淀硬化）,从而提高了机械加工的效率,降低了刀具磨损；

（2）本发明采用"冷热结合"工艺方案,零件在固溶状态下粗加工,在较低的硬度下完成大部分材料的去除工作,此时材料硬度为38hrc（时效后的材料硬度大于45hrc）,切削速度可提高15%,刀具损耗量可降低10~20%；

（3）本发明在粗加工后锻件等效厚度降低,可有效减少后续人工时效时的加热时间和能耗,还可以对粗加工过程中释放的变形进行热校正,并消除一部分加工应力,从而进一步降低零件精加工时的变形量,适宜广泛应用于航空零件制造过程中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明所述加工方法的具体工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此,在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的范围内。

为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白,结合以下实施实例,对本发明作进一步详细说明,此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1：

本实施例的具体流程,如图1所示,包括以下步骤：

（1）ph13-8mo棒材经下料、制坯,并经过至少一次模锻、切边后形成一定形状的锻件,并在600~760℃退火,消除锻造过程中的残余应力；

（2）对锻件进行固溶处理；

（3）接着对锻件进行冷处理；

（4）冷处理完成后,对锻件进行粗加工,初步形成毛坯零件；

（5）对制成的毛坯零件进行人工时效处理；

（6）最后对毛坯零件进行精加工,制成航空用ph13-8mo零件成品。

实施例2：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定在所述步骤（1）中,模锻的次数为一次或两次,模锻的次数视零件的复杂程度而定,如图1所示,二次模锻时,需要对第一次模锻的锻件进行切边或清理后,才能进行第二次模锻。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例3：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（2）中,对锻件进行固溶处理过程为,将锻件加热至800~1000℃,并保温150~1800分钟,再对其加热升温5~45℃,并保温50~90分钟,冷却至室温。实现ph13-8mo材料的固溶体稳定化,避免沉淀相的析出。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例4：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（2）中,先将锻件加热至900±10℃℃,并保温180±15分钟,再升温至925±10℃,并保温60±6min分钟,使用冷却油冷却至室温,冷却时间不少于45分钟。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例5：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（3）中,对锻件进行冷处理的过程为,将锻件降温至-50~20℃,并保温60~1200分钟,然后置于外部环境内,待其温度至室温。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例6：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（3）中,通过人工控制温度冷却,将锻件降温至0±5℃,并保温0±5℃分钟,然后置于外部环境内,待其温度至室温,,实现ph13-8mo材料的固溶体稳定化,避免沉淀相的析出。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例7：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（4）中,锻件的粗加工需要将锻件外层通过铣刀铣去至少5mm,在ph13-8mo材料沉淀硬化前实现大部分材料的去除,并根据零件外形保留至少5mm的加工余量,对其进行超声波探伤后,保证零件外形保留4mm的加工余量。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例8：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（5）中,对毛坯零件的人工时效处理过程为,零件通过人工加热的方式实现沉淀硬化,加热毛坯零件至500~540℃,并保温30~2400分钟,再升温至540±5℃,保温120~300分钟,置于室温环境内,利用空气自然冷却。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例9：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（5）中,毛坯零件通过人工加热的方式实现沉淀硬化,加热毛坯零件至500±5℃,并保温60±6分钟,再升温至540±5℃,保温240±15分钟,置于室温环境内,利用空气自然冷却。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。

实施例10：

本市实施例在上述实施例的基础,进一步限定所述步骤（6）中,对毛坯零件精加工过程为,具体实施过程中,根据零件复杂程度确定是否进行半精加工、自然时效,如图1所示,如果需要半精加工,则先半精铣内外型,自然时效,再根据变形量垫平基准面,精铣基准面、基准孔,精铣内外形,制成零件成品。在ph13-8mo材料沉淀硬化后只需进行少量机械加工,即可获得满足设计几何尺寸精度的要求的零件。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。