一種超高強度緊固連接件及其制備方法
【專利摘要】本發明創造提供了一種超高強度緊固連接件，采用鎳鈷基合金為基體，其化學組成包括C：≤0.025％，Mn：≤0.15％，Si：≤0.15％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Cr：19.0％～21.0％，Ni：33.0％～37.0％，Mo：9.0％～10.5％，Fe：≤1.0％，Ti：≤1.0％，B：≤0.05％，Al：≤2.0％，Zr：≤2.0％，O：≤0.05％，N：≤0.05％，其余為Co和不可避免的雜質。本發明創造的緊固連接件能夠滿足超過1800MPa甚至更高的抗拉強度的要求，同時具有優良的綜合性能。
【專利說明】一種超高強度緊固連接件及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明創造涉及金屬材料領域，特別涉及一種超高強度鎳鈷基合金緊固連接件。
【背景技術】
[0002] 目前，國內高端緊固連接件抗拉強度普遍在llOOMPa?1300MPa之間，超過 1500MPa的緊固連接件已較少，而超過1800MPa的緊固連接件極少有使用。超高強度緊固 件具有以下優點：一是可以減少緊固件的用量，二是可以減小緊固件的規格，這兩個優點對 于型號減重和節約空間是很有優勢的，尤其是在航空和航天領域。另外，當緊固連接件強度 過高時，勢必會損失很多的塑性，同時，對于很多金屬結構緊固連接件，超高強度往往會帶 來氫脆的風險，這也是高強度緊固件在應用上的一些局限性。隨著工業技術的發展，各類產 品，包括緊固連接件的工作環境也更加惡劣，許多是在腐蝕性環境或在海洋環境工作，這類 零件一般需要通過復雜的表面處理來達到耐腐蝕的效果，但即使經過表面處理，在腐蝕環 境中工作的時間也較短，每工作一段時間都需要拆卸和更換，一些耐蝕性較好的產品強度 卻較低。。
[0003] 在此背景下，需要一種緊固連接件能夠滿足超過ISOOMPa甚至更高的抗拉強度的 要求，同時具有優良的塑性、韌性、極佳的耐蝕性且無氫脆的性能特點，可以使用在各種需 要承受復雜載荷、高載以及腐蝕性環境中。
【發明內容】
[0004] 為解決上述問題，本發明創造采用的技術方案是，一種超高強度緊固連接件，基體 為鎳鈷基合金，以質量分數計，其成分包括：c :彡0. 025%，Mn :彡0. 15%，Si :彡0. 15%，P : 彡 0· 015%，S :彡 0· 01%，Cr :19· 0%?21. 0%，Ni :33· 0%?37. 0%，M〇 :9· 0%?10. 5%， Fe ： ^ 1. 0 %, Ti ： ^ 1. 0 %, B ： ^ 0. 05 %, A1 ： ^ 2. 0 %, Zr ： ^ 2. 0 %, 0 ： ^ 0. 05 %, N ： < 0. 05%，其余為Co和不可避免的雜質。
[0005] 其中，Al、Ti、Zr的總量不超過4. 0%，C、B、0、N的總量不超過0. 1%。
[0006] 所述超高強度緊固連接件的基體結構為具有面心立方的FCC加密排六方的HCP組 織，其中，密排六方的HCP組織在面心立方FCC組織的[111]晶面上分布，密排六方HCP組 織的體積分數約為緊固連接件的20%?50%。
[0007] 所述超高強度緊固連接件是通過對原料棒材經固溶處理后進行冷拉處理，使固溶 后的原料棒材橫截面積減小45 %?60 %而得到的。
[0008] 進一步，所述冷拉處理的過程中，優選為使固溶后的原料棒材橫截面積減小 45%?55%。
[0009] 進一步，所述固溶處理包括將原料棒材在1000?1100°C保溫4?8h的過程，優選 的固溶處理保溫溫度范圍為1020?1080°C。
[0010] 進一步，在冷拉處理后，還包括對原料棒材進行斷料、粗加工、以及時效處理的過 程。
[0011] 所述時效處理包括將粗加工后獲得的半成品在500?700°C保溫3?6h的過程， 優選的時效溫度為550?650°C。
[0012] 具體的，本發明創造還提供了一種所述超高強度緊固連接件的制備方法，包括如 下步驟：（1)固溶處理：對原料棒材在1000?1KKTC保溫4?8h，然后空冷至室溫；（2)冷 拉處理：固溶后對原料棒材進行冷拉使橫截面積減小45 %?60% ; (3)對棒料經斷料和粗 加工獲得半成品；（4)時效處理：在500?700°C保溫3?6h，然后空冷至室溫。
[0013] 優選的，所述步驟（1)中固溶處理的溫度為1020?1080°C，所述步驟（2)中冷拉 處理的橫截面積減小45%?55%，所述步驟（4)中時效處理溫度為550?650°C。
[0014] 所述時效處理步驟完成后，對獲得的半成品進行進一步深加工，頭部采用鐓制，螺 紋進行滾壓成型，最終獲得超高強度緊固連接件終產品。
[0015] 所述原料棒材為經正常冶金工藝生產獲得的符合本發明創造所需各成分含量要 求的合金棒材，即將符合純度要求的鎳、鈷、鑰和鉻按合金成品比例首先加入熔爐中進行熔 煉，然后再按比例加入符合純度要求的鑰和鉻，隨后使用含碳和硅的化合物進行脫氧，鑰和 鉻也可以以鐵-鑰合金或鐵-鉻合金的方式加入，但鐵含量不得超過本發明創造所限定的 比例，熔煉后的合金澆鑄成錠，再經過變形加工，最后冷軋成本發明創造所需的原料棒材。 所述原料棒材可以自行生產，也可以直接從鋼廠定制或購置。
[0016] 本發明創造所述的超高強度鎳鈷基合金材料具有極其優良的綜合性能：抗拉強 度σ b > ISOOMPa，在控制制備條件的情況下，抗拉強度能夠滿足σ b > 1850MPa ;屈服強度 σ α2(以0. 2%塑性延伸率時的強度為屈服強度）> ISOOMPa ;屈強比（屈服強度和抗拉強 度的比值）>0.97;抗剪強度τ > 900MPa;斷裂伸長率（材料承受軸向足夠大的拉伸力被 拉斷時時，其斷裂后的伸長率）δ > 12% ;斷面收縮率（材料承受足夠大的拉伸力被拉斷 時，其光滑部位斷后的斷面收縮率）Ψ > 55%;在5%濃度的NaCl鹽水生成的鹽霧環境中， 可以保證l〇〇〇h不發生腐蝕；在10% NaCl+HCl (pH = 2)條件下，年腐蝕深度為0. 00mm ;無 需進行表面處理且無氫脆現象，使用壽命長，能夠在各種需要承受復雜載荷、高載以及腐蝕 性環境中使用。
【具體實施方式】
[0017] 下面以結合具體實施例對本發明創造進行進一步說明。
[0018] 實施例1-3
[0019] 將成分含量分別為表1中所述組成1、組成2和組成3的原料棒材在1040°C X4h 固溶，氣冷；進行橫截面積減小50%的冷拉；斷料、粗加工后按600°C X4h時效，氣冷；進行 頭部采用鐓制，螺紋進行滾壓成型深加工，獲得超高強度緊固連接件終產品。
[0020] 對比例1-3
[0021] 將成分含量分別為表1中所述組成1、組成2和組成3的原料棒材在1040°C X4h 固溶，氣冷；進行橫截面積減小40%的冷拉；斷料、粗加工后按600°C X4h時效，氣冷；進行 頭部采用鐓制，螺紋進行滾壓成型深加工，獲得超高強度緊固連接件終產品。
[0022] 從各批次的實施例和對比例獲得的產品進行各項力學性能的測試，每項測試各取 10件樣品，測試結果取平均值列于表2中。另外，對各批次的實施例和對比例獲得的產品在 5%濃度的似(：1鹽水生成的鹽霧環境中存放100011，均未發生腐蝕 ；在10%似(：1+!1(：1(?!1 = 2)條件下存放一年，腐蝕深度均為0. 00mm。
[0023] 表1原料棒材的組成成分
[0024]
【權利要求】
1. 一種超高強度緊固連接件，基體為鎳鈷基合金，以質量分數計，其成分包括：c: 彡 0· 025 %，Μη :彡 0· 15 %，Si :彡 0· 15 %，P :彡 0· 015 %，S :彡 0· 01 %，Cr :19. 0 % ? 21. 0 %，Ni :33· 0 % ?37. 0 %，Mo :9· 0 % ?10. 5 %，Fe :彡 1. 0 %，Ti :彡 1. 0 %，B : 彡0· 05%，A1 :彡2. 0%，Zr :彡2. 0%，0 :彡0· 05%，K 0· 05%，其余為Co和不可避免的 雜質。
2. 根據權利要求1所述的一種超高強度緊固連接件，其特征在于：Al、Ti、Zr的總量不 超過4. 0%，C、B、0、N的總量不超過0. 1%。
3. 根據權利要求1或2所述的一種超高強度緊固連接件，其特征在于：超高強度緊固 連接件基體為具有面心立方的FCC加密排六方的HCP組織，其中，密排六方的HCP組織在 面心立方FCC組織的[111]晶面上分布，密排六方HCP組織的體積分數約為緊固連接件的 20%?50%。
4. 根據權利要求1或2所述的一種超高強度緊固連接件，其特征在于：所述超高強度 緊固連接件是通過對原料棒材經固溶處理后進行冷拉處理，使固溶后的原料棒材橫截面積 減小45 %?60 %而得到的。
5. -種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于： 采用包含如下成分的鎳鈷基合金基體：C :彡0. 025%，Mn :彡0. 15%，Si :彡0. 15%，P : 彡 0· 015%，S :彡 0· 01%，Cr :19· 0%?21. 0%，Ni :33· 0%?37. 0%，M〇 :9· 0%?10. 5%， Fe ： ^ 1. 0 %, Ti ： ^ 1. 0 %, B ： ^ 0. 05 %, A1 ： ^ 2. 0 %, Zr ： ^ 2. 0 %, 0 ： ^ 0. 05 %, N ： < 0. 05%，其余為Co和不可避免的雜質。
6. 根據權利要求5所述的一種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于：所述鎳 鈷基合金基體中Al、Ti、Zr的總量不超過4. 0%，C、B、0、N的總量不超過0. 1 %。
7. 根據權利要求5或6所述的一種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于：包 括對原料棒材進行固溶處理，以及固溶處理后進行冷拉處理，使固溶后的原料棒材橫截面 積減小45%?60%的步驟。
8. 根據權利要求7所述的一種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于：所述固 溶處理包括將原料棒材在1000?ll〇〇°C保溫4?8h的過程，優選為在1020?1080°C保 溫4?8h。
9. 根據權利要求7所述的一種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于：還包括 在冷拉處理后，對原料棒材進行斷料、粗加工、以及時效處理的過程。
10. 根據權利要求9所述的一種超高強度緊固連接件的制備方法，其特征在于：所述時 效處理包括將粗加工后獲得的半成品在500?700°C保溫3?6h的過程，優選的時效溫度 為 550 ?650 °C。
【文檔編號】C22F1/10GK104152780SQ201410432387
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】葉文君, 胡隆偉, 鄭曉冬, 魏亮亮, 余傳魁 申請人:航天精工股份有限公司