專利名稱：微應力高強度冷拔鋼材及其制造方法

　　技術領域：

　　本發明屬于金屬型材的加工，它涉及一種新型的原材料及其制造方法。

　　在已有的機械加工中所提供的鋼材有熱軋和冷拔的兩種狀態，它們的金相組織中晶粒粗大且不均勻，不具備較高的剛度、強度等機械性能，且在表面和內部存在有較高的殘余應力，因此在冷拔坯料上作不對稱及不均勻的切削時必然引起彎曲變形，所以在機械加工過程中必須配合以反復的熱處理才能使加工的工件達到設計要求。另外，對于細長軸類的另件加工在切削和熱處理上都存在較大的難度。其關鍵在于各道工序中的殘余應力消除不凈，變形就在所難免，對于結構簡單的軸類另件，尤其是細長的軸類另件若有低應力高機械性能和高尺寸精度的原材料供應則能便于制造并降低加工成本。但經調查知，前述的低應力或微應力、高機械性能、高尺寸精度的原材坯料尚無供應的先例。經中國專利局撿索得到的相關專利如下①U.S.4047418《供金屬管或金屬棒用的冷拔調直聯合機》，它是將冷拔和調直合于一身的設備，它將坯料經一到二次拉拔接著再作一到二次調直，拉拔用冷模，調直用偏置的滾輪；②昭64-22412《亞穩定奧氏體鋼棒材強磁性化拉拔法》，它提供了為強磁化材料拉拔加工的設備，該設備采用雙拉拔模加工，以降低工件變形引起的溫升，此材料是用于儀表傳感器的另件上，用以測量在拉、壓、彎、扭時磁通量的變化，并用數字或刻度顯示出耒；③昭58-90317《鎳釔合金線的生產方法》，提供了鎳釔合金線在退火后拉拔成絲的一般的加工過程，該鎳釔合金絲的直徑很小，是作電熱絲用的；④昭63-176545《不銹鋼線材》，它說的是不銹鋼線材的拉拔過程。以上四篇撿索的專利都與拉拔的過程有關，都未涉及應力問題，都談到了一般的退火，這些工序也都是常規操作，未提到使用特殊的熱處理手段使工件或原材料達到特殊的低應力的目的。

　　本發明的目的是提供一種具有高機械性能、高尺寸精度、其殘余應力極低的原材料及其加工方法，它為結構簡單的軸類另件特別是細長軸類另件的加工創造方便的條件，能大幅度的降低成本，而且它提供的制造方法簡單，有普遍推廣的意義。

　　按如上構思，本方案所提供的微應力高強度冷拔鋼材具有圓形、方形或六角形的截面，其特征是它具有低微的應力和高機械性能，該鋼材的表面殘余應力為5.8～25MPa，其淺內層的殘余應力為0～7.8MPa；在它的機械性能中其硬度為HRc15～30，其抗拉強度為620～1000N/mm2，尺寸及形狀精度為6級。為實現前述的冷拔鋼材，它的制造工藝過程包括熱處理中的退火、酸洗中和水洗及型材的冷拔，其特征是它采用三道冷拔的工序，在第三道冷精拔之前增加調質處理，在調質處理后設有自然時效的處理。

　　在本方案中的第三道冷精拔工序只完成微小的精拔量，且用三道冷拔模連續工作。在第三道冷精拔工序之前的自然時效為二十至三十天。

　　采用本方案能體現如下的優越性(1)本方案的原材料在第三道冷拔之前增加了調質工序它能提高強度、細化組織并消除應力，在第三道精拔工序之前增加了自然時效，再消除一部分的殘余應力，在第三道精拔工序中完成的拉拔余量很小，采用了三個拉拔模連續工作，因此得到了表面和內部的殘余應力極小而機械性能優良的原材料，經專家檢測的結果證明這種優良性能的原材料是前無先例的，在殘余應力的數值上與一般的原材料相比只相當它們的幾十分之一，根本不在一個數量級之上；(2)使用這種原材料為軸類另件特別是細長軸類另件使用可以作到少加工或無加工，能節約工時降低成本；(3)由于本材料的殘余應力極低，因此可以保證工件的質量，在加工過程中不變形，并且在以后的長期工作中也不會變形；(4)使用該種原材料加工一些硬度不要求很高的另件也能保證其優良的加工質量，因為它比熱軋和冷拔狀態的原材料有高得多的機械性能，它有一定的剛度、強度、組織細化、表面具有較好的尺寸精度和光澤度而且有極低的殘余應力；(5)它特別適用于一些工作環境惡劣、溫度變化劇烈而精度要求嚴格的另件的加工，如兵器、飛機或航天器械等；(6)本方案除了提供圓鋼外，還可提供異形的六角鋼和方鋼，能適應多方面機械加工的需要。

　　現在進一步說明本方案的實施例。本方案的微應力高強度的冷拔鋼材是通過如下的工藝過程實現的。

　　1.先將欲拔制的線材作退火處理，在860℃下保持8小時；2.將退火材料作酸洗、中和、水洗處理；3.第一道拉拔工序，去除表面斑點；4.退火處理，在860℃下保持8小時；5.酸洗、中和、水洗處理；6.第二道拉拔工序，留精拔余量為成活表面尺寸精度公差的8～10倍；7.調質處理，在850℃下油冷或水冷淬火，400℃回火保持5小時；8.自然時效處理，放置20～30天；9.第三道拉拔工序，即精拔工序，用三個同心的冷拔模連續工作，達到尺寸要求。

　　本方案所提供的優質原材料有圓形截面的，還有方形和六角形異形截面的，它有較好的機械性能，其抗拉強度為620～1000N/mm2，硬度為HRc15～30。更主要的是它具有極低的殘余應力，其表面的殘余拉應力為5.8～25MPa，是一般冷拔原材料殘余拉應力的1/5～1/10；其淺內層的殘余拉應力為0～7.8MPa，只相當一般冷拔原材料的1/50～1/80，因此不難看出此種原材料的優質等級。有了此種優質的原材料可為軸類另件尤其是細長軸類的另件的制作實現少加工或無加工的方便，能提高效率、降低成本、提高加工質量。利用此種鋼材制作的其它另件也能獲得理想和穩定的加工質量。本方案的試制產品經使用考核證明該種原材料的性能穩定，該原材料制作的另件經長期使用不變形。它特別適用于工作條件惡劣、溫度變化劇烈、質量和精度都要求很嚴格的機器另件的制作。因此它深受試用者的歡迎。

　　權利要求

　　1.一種微應力高強度的冷拔鋼材，它具有圓形、方形或六角形的截面，其特征是它具有低微的應力和高機械性能，該鋼材的表面殘余應力為5.8～25MPa，其淺內層的殘余應力為0～7.8MPa；在它的機械性能中其硬度為HRc15～30，其抗拉強度為620～1000N/mm2，尺寸及形狀精度為6級。

　　2.一種實現權利要求1的微應力高強度的冷拔鋼材的制造方法，其工藝過程包括熱處理中的退火、酸洗中和水洗及型材的冷拔，其特征是它采用三道冷拔的工序，在第三道冷精拔之前增加調質處理，在調質處理后還設有自然時效的處理。

　　3.按照權利要求2所述的冷拔鋼材的制造方法，其特征是第三道冷精拔工序只完成微量的精拔量，且用三道冷拔模連續工作。

　　4.按照權利要求2所述的冷拔鋼材的制造方法，其特征是在第三道冷精拔工序之前的自然時效為二十至三十天。

　　全文摘要

　　本發明屬于金屬型材的加工處理。為解決一般原材料的金相組織、機械性能差，殘余應力大，及細長軸類零件加工難的問題特提出本方案。該微應力高強度的冷拔鋼材具有較好的機械性能、尺寸精度，具有極低的殘余應力。在它的工藝過程中采用三道拉拔，在第三道拉拔之前增加調質處理和自然時效，在第三道拉拔工序中采用三個拉拔模連續工作。本方案加工的原料具有機械性能穩定和加工質量好的特點，特別適應于細長軸及要求嚴格的零件使用。

　　文檔編號B21C1/18GK1140107SQ9610467

　　公開日1997年1月15日 申請日期1996年4月18日 優先權日1996年4月18日

　　發明者王春祥, 安鐵茹, 韓榮起 申請人:王春祥, 安鐵茹, 韓榮起