一种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法及步骤

　　本发明是一种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，涉及金属材料加工领域。

　　背景技术：

　　随着航空工业的快速发展，为满足航空结构件所需的极其苛刻的重量强度比及断裂韧性需求，美国Carpenter公司在AF1410合金配比的基础上开发一种新型的高Co-Ni超高强度钢—A100钢，该钢的抗拉强度1930-2070MPa，同时断裂韧性不低于110MPa.m1/2，因此A100钢以其超高强度和优良的断裂韧性迅速成为航空领域制造飞机起落架、活塞杆、扭力臂等重要承力件的首选材料。

　　A100钢是由C、Cr、Mo强化的Fe-Co-Ni系合金，合金化元素高达30％，且该钢采用真空熔炼加真空自耗重熔的双真空熔炼工艺，材料制造成本较高。目前起落架外筒及活塞杆等筒状构件，均采用传统锻造配合机加工的制造方法，而筒内实心的构件则在整体模锻件的基础上进行深膛切削去除。传统的起落架制造方法存在制造难度高、周期长，材料利用率低等缺点，无法满足飞机型号快速试制的要求。

　　随着增材制造技术的迅猛发展，以电弧+丝材的熔丝沉积成形为代表的增材制造技术越来越多的应用于航空构件。相比于传统的减法式制造，电弧+丝材增材制造这种新兴的加工制造方法能实现金属件的高效、近净成形，前期无需模具投入、可突破尺寸规格限制，制备小批量且复杂几何形状的构件，具有材料利用率高、制备周期短、快速响应等优点。目前国内相关技术团队已着手开展采用电弧+丝材增材制造的方法制备A100钢构件的课题研究，但增材制造专用A100超高强钢丝材目前处于市场空白，亟需开发一种增材制造专用A100超高强钢丝。

　　技术实现要素：

　　研发增材制造专用A100超高强钢丝材存在以下技术难题。第一，A100超高强钢的延伸率不足15％，塑性加工性能差、在减径过程中极难变形，尤其是批量生产直径以下丝材更为困难；第二，相较于普通焊接用丝材，增材制造专用丝材需满足较高的表面质量，除了常规的表面无裂纹、氧化、锈蚀等缺陷，还要保证丝材表面光亮无油污、润滑剂等影响增材制造工艺的残留物。为解决上述技术难题，本发明提出了用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法

　　本发明技术方案的内容如下：

　　1.一种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

　　步骤一、锻造：将A100超高强钢锭入炉加热处理，然后开锻，获得锻造棒材；

　　步骤二、轧制：将步骤一所述锻造棒材进行热处理，然后进行轧制，获得轧制棒材；

　　步骤三、一次去应力退火：将轧制棒材在680℃进行加热，保温120min，然后空冷至室温；

　　步骤四、粗拉拔：对退火后的轧制盘条进行一次扒皮，浸润滑剂，加热，并进行拉拔，获得A100丝材坯料；

　　步骤五、二次去应力退火：将丝材坯料在680℃进行加热，保温90min，然后空冷至室温；

　　步骤六、精拉拔：对二次去应力退火后的丝材坯料进二次行扒皮，冷拉拔，获得最终直径尺寸的A100丝材。

　　进一步，步骤一中，所述入炉加热处理的温度为700～800℃，然后随炉升温至980～1000℃，保温45～60min；所述开锻，锻造温度950～980℃，终锻温度830～850℃。所述锻造棒材直径不大于45mm。

　　进一步，步骤二中，所述热处理的入炉温度为880～900℃，保温30～45min；所述轧制的开轧温度为880～1000℃，终轧温度为800～850℃。所述轧制棒材直径不大于9mm。

　　进一步，步骤四中，所述一次扒皮采用扒皮模具，扒皮减径量为0.3～0.5mm，所述加热的加热温度为800～830℃，所述润滑剂为石墨乳+氨水，氨水受高温分解出氮气和氢气以形成保护性气体氛围，拉拔中，直径大于φ4.0，每道次减径不大于0.4mm，直径小于φ4.0的每道次减径不大于0.2mm，所述丝材坯料，直径比最终所需直径大0.4mm。

　　进一步，步骤六中，所述二次扒皮采用扒皮模具，扒皮减径量0.2mm，所述拉拔采用聚晶模具，皂粉作润滑剂，单道次减径量0.2mm。

　　进一步，最终A100丝材的直径为1.6mm。

　　进一步，获得最终A100丝材还包括采用线材抛光机进行表面处理，绕轴，真空包装。

　　本发明技术方案的优点：

　　1、可批量化生产电弧增材制造、电子束增材制造用A100超高强钢丝材，也可以用于钨极氩弧焊；

　　2、可根据市场需求提供0.8～2.0mm范围内任意直径的A100超高强钢丝材；

　　3、该工艺方法是一种生产效率高，材料利用率高，丝材表面质量高，成本较低的增材制造专用A100超高强钢丝材生产方法。

　　具体实施方式

　　实施例一

　　该种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法的步骤如下：

　　1.锻造：将A100钢锭在700℃入炉热处理，然后随炉升温至1000℃，保温60min。保温结束后将钢锭快速从高温炉取出放置锻机工作台，转移间隔20s。开锻温度980℃，终锻温度850℃，获得直径45mm的锻造棒材；

　　2.轧制：将锻造后的A100钢棒在900℃入炉，保温30min后进行轧制，开轧温度980℃，终轧温度800℃，获得直径为8.5mm的盘条；

　　3.去应力退火：将轧制后盘条在680℃进行加热，保温120min，然后空冷至室温；

　　4.粗拉拔：去应力退火后的盘条进行扒皮处理，单边减径量0.25mm，扒皮后的获得表面光亮的直径8.0mm的盘条，然后浸入石墨乳+氨水润滑剂，采用在线加热方式，加热温度为800℃并进行拉拔，按每道次减径0.4mm减至直径4mm，然后按照每道次减径为0.2mm减至2.0mm，获得A100超高强钢丝材坯料；

　　5.去应力退火：粗拉拔坯料在680℃保温90min后空冷至室温；

　　6.精拉拔：去应力退火后的丝材进行再次扒皮，单边减径量0.1mm，得到直径1.8mm的丝材，然后采用聚晶模具进行冷拉拔，皂粉作润滑剂，单道次减径量0.2mm，获得直径1.6mm的A100超高强钢成品丝材；

　　7.表面处理及包装：冷拉后的成品丝材采用线材抛光机进行表面抛光处理，直至丝材表面光亮。然后在自动打轴机上将成品丝材打轴后进行真空包装，获得增材制造专用直径1.6mm的A100超高强钢成品丝材。

　　实施例二

　　该种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法的步骤如下：

　　1.锻造：将A100钢锭在800℃入炉热处理，然后随炉升温至980℃，保温60min。保温结束后将钢锭快速从高温炉取出放置锻机工作台，转移间隔25s。开锻温度950℃，终锻温度840℃，获得直径45mm的锻造棒材；

　　2.轧制：将锻造后的A100钢棒在900℃入炉，保温40min后进行轧制，开轧温度980℃，终轧温度800℃，获得直径为9.0mm的盘条；

　　3.去应力退火：将轧制后盘条在680℃进行加热，保温120min，然后空冷至室温；

　　4.粗拉拔：去应力退火后的盘条进行扒皮处理，单边减径量0.2mm，扒皮后的获得表面光亮的直径8.6mm的盘条，然后浸入石墨乳+氨水润滑剂，采用在线加热方式，加热温度为820℃并进行拉拔，按每道次减径0.4mm减至直径3.8mm，然后按照每道次减径为0.2mm减至1.6mm，获得A100超高强钢丝材坯料；

　　5.去应力退火：粗拉拔坯料在680℃保温100min后空冷至室温；

　　6.精拉拔：去应力退火后的丝材进行再次扒皮，单边减径量0.1mm，得到直径1.4mm的丝材，然后采用聚晶模具进行冷拉拔，皂粉作润滑剂，单道次减径量0.2mm，获得直径1.2mm的A100超高强钢成品丝材；

　　7.表面处理及包装：冷拉后的成品丝材采用线材抛光机进行表面抛光处理，直至丝材表面光亮。然后在自动打轴机上将成品丝材打轴后进行真空包装，获得增材制造专用直径1.2mm的A100超高强钢成品丝材。

　　技术特征：

　　1.一种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

　　步骤一、锻造：将A100超高强钢锭入炉加热处理，然后开锻，获得锻造棒材；

　　步骤二、轧制：将步骤一所述锻造棒材进行热处理，然后进行轧制，获得轧制棒材；

　　步骤三、一次去应力退火：将轧制棒材在680℃进行加热，保温120min，然后空冷至室温；

　　步骤四、粗拉拔：对退火后的轧制盘条进行一次扒皮，浸润滑剂，加热，并进行拉拔，获得A100丝材坯料；

　　步骤五、二次去应力退火：将丝材坯料在680℃进行加热，保温90min，然后空冷至室温；

　　步骤六、精拉拔：对二次去应力退火后的丝材坯料进二次行扒皮，冷拉拔，获得最终直径尺寸的A100丝材。

　　2.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述入炉加热处理的温度为700～800℃，然后随炉升温至980～1000℃，保温45～60min；所述开锻，锻造温度950～980℃，终锻温度830～850℃。

　　3.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述锻造棒材直径不大于45mm。

　　4.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述热处理的入炉温度为880～900℃，保温30～45min；所述轧制的开轧温度为880～1000℃，终轧温度为800～850℃。

　　5.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述轧制棒材直径不大于9mm。

　　6.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述一次扒皮采用扒皮模具，扒皮减径量为0.3～0.5mm，所述加热的加热温度为800～830℃，所述润滑剂为石墨乳+氨水，氨水受高温分解出氮气和氢气以形成保护性气体氛围，拉拔中，直径大于φ4.0，每道次减径不大于0.4mm，直径小于φ4.0的每道次减径不大于0.2mm，所述丝材坯料，直径比最终所需直径大0.4mm。

　　7.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述二次扒皮采用扒皮模具，扒皮减径量0.2mm，所述拉拔采用聚晶模具，皂粉作润滑剂，单道次减径量0.2mm。

　　8.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：最终A100丝材的直径为1.6mm。

　　9.根据权利要求1所述的用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，其特征在于：获得最终A100丝材还包括采用线材抛光机进行表面处理，绕轴，真空包装。

　　技术总结

　　本发明是一种用于增材制造的A100超高强钢丝材的制备方法，该方法将A100超高强钢锭经过锻造、轧制工序获得表面质量良好的棒材，再采用特定工艺进行多次拉拔及表面处理，获得增材制造专用A100超高强钢丝材。本发明通过特定的拉拔工艺及表面处理工艺，成功制备出高质量的增材制造专用A100超高强度钢丝，并实现该丝材的批量化、高质量生产。该丝材可用于电弧增材制造、电子束增材制造、超高强度钢焊接等领域，应用前景广阔。

　　技术研发人员：郑涛;施瀚超;乔燕琦

　　受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院

　　技术研发日：2019.07.09

　　技术公布日：2019.09.20