[发明专利]一种超高强度钢结构件的热处理方法

说明书

本发明涉及一种超高强度钢结构件的热处理方法。主要应用在航空航天、汽车、船舶制造、建筑用结构钢等领域。通过采用截面补偿工件临时固定在复杂形状金属制件的结构薄弱部位，使得复杂形状金属制件的截面之差保持在10％以内，然后再进行淬火、回火等热处理步骤，最后使补偿工件与金属制件一起冷却到室温，再将二者分开。为了避免粘连，可在截面补偿工件和复杂形状金属制件之间填充陶瓷粉末。本发明能很好地控制复杂形状金属制件的热处理变形，避免因热处理变形导致零件报废造成的极大损失，同时大大提高了生产效率和生产进度。

技术领域

本发明涉及复杂形状金属制件的热处理变形控制方法，即一种超高强度钢结构件的热处理方法。主要应用在航空航天、汽车、船舶制造、建筑用结构钢等领域。

背景技术

超高强度钢主要应用于航空、航天关键承力构件，也可以用于车船制造等需要高强度钢材的领域。目前认为抗拉强度在1400～1500MPa以上的钢算作超高强度钢。作为航空航天材料，要求超高强度钢除了具有高强度外，还应具有良好的冲击抗力和断裂韧性，以及适当的延展性，高的疲劳强度和良好的焊接性等。

超高强度钢的热处理硬度高、韧性好，切削难度大，切削过程中刀具破损严重，加工效率低，而且会导致局部温度升高，引起加工表面组织变化，从而影响最终产品的性能。因此要将超高强度钢材制成需要的构件，通常是在热处理前对超高强度钢材进行车、镗、铣、磨等加工，制成需要的基本形状。

超高强度钢的热处理根据不同的合金度，主要有两类热处理方法：

低合金超高强度钢的热处理工艺制度如下：淬火：空气炉或真空炉中加热，加热温度850～950℃，保温时间1～5小时，油冷或高压气冷；回火：空气炉中加热，加热温度200～320℃，保温时间2～5小时，空冷。

高合金超高强度钢的热处理工艺制度如下：淬火：空气炉或真空炉中加热，加热温度850～950℃，保温时间1～5小时，空冷、油冷或高压气冷；冰冷处理：-70±10℃保温1～2小时，空气中回温；回火：空气炉中加热，加热温度450～550℃，保温时间4～8小时，空冷。

但是，如果把未进行热处理的超高强度钢加工成所需要的形状，然后再进行热处理也存在难以解决的问题。由于超高强度钢构件结构复杂，厚度差别大，有些可达5～30mm，长度和宽度的差别也很大，有些长度可达宽度的2～20倍，在热处理过程中极易发生变形，特别是尺寸和结构薄弱的链接梁和耳片等部位，这些部位截面尺寸薄，在加热和淬火冷却过程中，往往先于其他截面厚的部位升温和快冷，导致此类局部与整体构件加热和冷却的热过程不同步，且加热、冷却速率过快，易产生局部热应力和组织应力，引起应力集中，当应力足够大时，会产生局部变形。

而这种变形会导致装配时出现不匹配的问题。当这种变形量较小时，可以通过热处理后校形矫正，但尺寸不均匀的复杂构件通常变形很大，难以用校形方法解决，最终导致构件报废，造成极大损失，同时严重影响生产进度。

当前的研究理论认为，导致热处理变形的原因主要有三种：

(1)固态相变，各相比体积的变化必然引起体积大变化，造成构件缩胀的尺寸变化。

(2)热应力，包括极热与极冷热应力，当他们超过构件在该温度下所具有的屈服极限时，将使构件产生塑性变形，造成构件的形状变化，即歪扭。

(3)组织应力也能引起形状的改变，即相变歪扭。

但超高强度结构钢构件的变形往往是多个因素决定的，要控制不想要的变形非常困难。现有的研究，主控制变形的方法主要是调节热处理工艺参数，或者采用事后矫形的方式。但这些方法效率低、成本高、效果差。

发明内容

发明目的

本发明针对上述问题，采用一种截面补偿的方法，来控制复杂形状金属制件在热处理过程中发生的局部变形，实现超高强度钢结构件的热处理。