[发明专利]高寿命抗龟裂变形的管模及其制造方法

权利要求书

1.一种高寿命抗龟裂变形的管模，所述管模以21CrMo10材料为主要成份，其特征在于：在21CrMo10材料中按照重量百分比控制如下成份：C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Al；

其中，提高C含量至0.23%-0.4%；提高Cr含量至2.4%-2.9%；提高Mn含量至0.7%-1%；其余成份控制在Si 0.20～0.30%，Mo 0.3～0.4%,V≤0.25%,Al≤0.02%；钢水镇静时间≥10分钟，开始浇铸，浇铸过程中注意做好铸流保护，钢锭需热送时，要空冷到钢锭中部温度450～500℃后再送走；具体是按照如下步骤实现的：

步骤1）、首先以21CrMo10材料为主要成份制作管模，在21CrMo10材料成份中按照重量百分比加入C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Al原料；其中提高C含量至0.23%-0.4%；提高Cr含量至2.4%-2.9%；提高Mn含量至0.7%-1%；其余成分控制在Si0.20～0.30%，Mo0.3～0.4%,V≤0.25%,Al≤0.02%，钢水镇静时间≥10分钟，开始浇铸，浇铸过程中注意做好铸流保护，钢锭需热送时，要空冷到钢锭中部温度450～500℃后再送走，热送时关闭门窗，组织好钢坯热送，避免产生表面裂纹；

步骤2）、将步骤1）获得的管模坯料在5000吨油压机下进行镦粗、拔长、锻造成型，镦粗过程中计算合理的镦粗速度，防止由于镦粗速度过快导致钢锭心部温升，产生成分偏析，进而导致组织不均匀，所以将镦粗速度降为20-26mm/s，整个镦粗过程中间停顿1～2次，每次停顿时间为10～15秒，通过镦粗提高锻造比增加管模的变形量，改善原材料纵向与横向性能差异，提升终极性能；

步骤3）、对步骤2）获得的管模进行调质热处理，热处理工序为正火——淬火——一次回火——检测硬度——二次回火——力学性能检测、金相检测；

在该调质热处理工序中，为提高强度及硬度指标，同时延伸率控制在设计范围内，具体调质热处理技术指标要求为硬度HB≥300，Rm≥900MPa，Rp0.2≥750MPa；其中一次回火温度比正常管模回火温度降低30-50摄氏度，二次回火温度随一次回火温度相应降低，具体是调质处理一次回火温度降低为590°C-620°C，二次回火温度随降低为540°C-580°C；

步骤4）、对深孔精镗孔、精车管模管身工序进行优化精加工工艺流程优化控制，具体如下：

a）深孔精镗内孔加工工艺：粗镗内孔--半精镗内孔--锁刀浮动修镗内孔--浮动镗至成品内孔；

b）精车管模管身加工工艺：选用合适刀具，减少切削应力，具体精车管模管身加工方案是第一步检测直线度及壁厚差，第二步采用锤击法粗校直线度，第三步粗车管身外圆留量6mm，第四步半精车管身外圆留量3mm，第五步锤击法精校直线度，第六步精车管身尺寸；

其中，深孔精镗内孔加工工艺具体采用如下步骤：采用YT5材质焊接刀片粗镗内孔，粗镗内孔的切削量为4mm，内孔余量由10mm镗至6m；半精镗内孔的切削量为3.5mm，内孔余量由6mm镗至2.5m，采用机加刀加工，刀片型号1704；采用浮动锁刀修镗内孔，锁刀浮动修镗内孔的吃刀量1.7mm，内孔余量由2.5mm镗至0.8mm，采用合金刀片YT15；浮动镗至成品内孔的吃刀量0.8-1mm，采用合金刀片YT15；内孔稍度0.5mm，采用分段镗孔，共分六段，每段1000mm；

所述锤击法粗校直线度是这样实现的：标注出管模壁厚厚点和薄点位置，根据壁厚方向位置，锤击壁厚厚点方向；在体积不变的情况下，锤击点凹陷，导致此方向成跳动高点，达到校正直线度的目的，校正数值测量，通过在车床旋转，百分表指针变化检测校正数值；

步骤5）、根据材料的硬度及强度情况，选用合适的卡盘转速和刀具进给，使切削均匀，铁屑折断宽度合理，便于排屑；

在步骤5）中，此毛坯调质后硬度高，需要严格控制切削余量、机床转速和进给速度，以减少刀具磨损后，增大切削阻力，造成内孔直线度差的问题，具体参数是粗镗内孔转速45-60r/min，进给速度8-10mm/min，浮动内孔转速100-120r/min，进给速度16mm/min。

2.一种高寿命抗龟裂变形的管模的制造方法，其特征在于，是按照如下步骤实现的：

步骤1）、首先以21CrMo10材料为主要成份制作管模，在21CrMo10材料成份中按照重量百分比加入C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Al原料；其中提高C含量至0.23%-0.4%；提高Cr含量至2.4%-2.9%；提高Mn含量至0.7%-1%；其余成分控制在Si0.20～0.30%，Mo0.3～0.4%,V≤0.25%,Al≤0.02%，钢水镇静时间≥10分钟，开始浇铸，浇铸过程中注意做好铸流保护，钢锭需热送时，要空冷到钢锭中部温度450～500℃后再送走，热送时关闭门窗，组织好钢坯热送，避免产生表面裂纹；

步骤2）、将步骤1）获得的管模坯料在5000吨油压机下进行镦粗、拔长、锻造成型，镦粗过程中计算合理的镦粗速度，防止由于镦粗速度过快导致钢锭心部温升，产生成分偏析，进而导致组织不均匀，所以将镦粗速度降为20-26mm/s，整个镦粗过程中间停顿1～2次，每次停顿时间为10～15秒，通过镦粗提高锻造比增加管模的变形量，改善原材料纵向与横向性能差异，提升终极性能；

步骤3）、对步骤2）获得的管模进行调质热处理，热处理工序为正火——淬火——一次回火——检测硬度——二次回火——力学性能检测、金相检测；

在该调质热处理工序中，为提高强度及硬度指标，同时延伸率控制在设计范围内，具体调质热处理技术指标要求为硬度HB≥300，Rm≥900MPa，Rp0.2≥750MPa；其中一次回火温度比正常管模回火温度降低30-50摄氏度，二次回火温度随一次回火温度相应降低，具体是调质处理一次回火温度降低为590°C-620°C，二次回火温度随降低为540°C-580°C；

步骤4）、对深孔精镗孔、精车管模管身工序进行优化精加工工艺流程优化控制，具体如下：

a）深孔精镗内孔加工工艺：粗镗内孔--半精镗内孔--锁刀浮动修镗内孔--浮动镗至成品内孔；

b）精车管模管身加工工艺：选用合适刀具，减少切削应力，具体精车管模管身加工方案是第一步检测直线度及壁厚差，第二步采用锤击法粗校直线度，第三步粗车管身外圆留量6mm，第四步半精车管身外圆留量3mm，第五步锤击法精校直线度，第六步精车管身尺寸；

其中，深孔精镗内孔加工工艺具体采用如下步骤：采用YT5材质焊接刀片粗镗内孔，粗镗内孔的切削量为4mm，内孔余量由10mm镗至6m；半精镗内孔的切削量为3.5mm，内孔余量由6mm镗至2.5m，采用机加刀加工，刀片型号1704；采用浮动锁刀修镗内孔，锁刀浮动修镗内孔的吃刀量1.7mm，内孔余量由2.5mm镗至0.8mm，采用合金刀片YT15；浮动镗至成品内孔的吃刀量0.8-1mm，采用合金刀片YT15；内孔稍度0.5mm，采用分段镗孔，共分六段，每段1000mm；

所述锤击法粗校直线度是这样实现的：标注出管模壁厚厚点和薄点位置，根据壁厚方向位置，锤击壁厚厚点方向；在体积不变的情况下，锤击点凹陷，导致此方向成跳动高点，达到校正直线度的目的，校正数值测量，通过在车床旋转，百分表指针变化检测校正数值；

步骤5）、根据材料的硬度及强度情况，选用合适的卡盘转速和刀具进给，使切削均匀，铁屑折断宽度合理，便于排屑；

在步骤5）中，此毛坯调质后硬度高，需要严格控制切削余量、机床转速和进给速度，以减少刀具磨损后，增大切削阻力，造成内孔直线度差的问题，具体参数是粗镗内孔转速45-60r/min，进给速度8-10mm/min，浮动内孔转速100-120r/min，进给速度16mm/min。