[发明专利]超细晶层合轴及其加工方法

说明书

超细晶层合轴的加工方法包括：获取制作层合坯料所需的材料：组装层合坯料；将层合坯料加热后夹放到楔横轧机上进行轧制；轧制后，切去轧件两端的料头，去除两端料头的轧件形成当前将轧制的圆柱棒；判断当前将轧制的圆柱棒的最外层是强度层还是韧性层；累积轧制9‑15道次。超细晶层合轴，该层合轴具有多层金属层组织，金属层组织分为强度层和韧性层，强度层和韧性层间隔分布，强度层在外，韧性层在内；强度层和韧性层之间过盈配合，强度层与韧性层之间原子级接触。本发明具有高强度和高韧性均匀分布的超细晶层合轴，并且该层合轴上避免出现贯穿性的疏松和孔洞，成型后不需要热处理和大量切削加工的优点。

技术领域

本发明涉及一种分层复合组织轴类零件材料的加工方法，特别是一种使用楔横轧累积叠轧法制备超细晶层合轴的加工方法。

背景技术

中高碳低合金钢轴类件在工业上应用广泛，许多轴类件多服役于高温高压的恶劣环境，容易发生轴的磨损或断裂等失效问题，给设备和工业者的安全到来隐患。传统的方法是选用高温合金等新材料来制作轴类件，但高温合金价格昂贵，开发周期长。

晶粒超细化可以同时有效地提高材料的强度和韧性。目前国内外钢铁领域在利用各种热加工手段来实现钢材组织超细化领域的研究异常活跃。近年来，日本的牧正志等人发现，高碳钢经重度冷轧（压下率90%以上）及退火后可在实验室条件下得到超微细复相组织。然而，无论是对超细晶粒高碳钢板材还是棒材生产来说，如此大的冷变形在目前的工业生产条件下几乎难以实现。

采用斜轧或横轧技术可以直接将坯料轧成最终或接近最终尺寸的轴类件，而且具有节省原料、生产效率高的优点。但是，目前对于碳素钢和低合金钢轴类件的轧制，实际生产中的轧制温度大都在1000~1200℃，轧后还需要进行必要的热处理才能满足轴类件的使用性能要求，而且轧制过程中，轧件容易出现轧制孔洞、疏松等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高强度和高韧性均匀分布的超细晶层合轴，并且避免该层合轴在服役过程中，由于冲击等载荷作用出现裂纹后贯穿整个轴的横断面，以及这种超细晶层合轴的加工方法。

超细晶层合轴的加工方法，包括以下步骤：

（1）、获取制作层合坯料所需的材料：取具有良好的抗冲击性能的韧性层（如Q235）和具有良好抗拉强度的强度层（如42CrMo）；强度层使用空心管；第一次制作的层合坯料时，韧性层使用实心的圆柱棒；第二次及之后的层合坯料、韧性层使用空心管；

（2）、组装层合坯料：将空心管的内圆柱面和圆柱棒的外圆柱面用钢刷刷至新鲜金属外露，然后用丙酮酸清洗表面，以除去各种杂质，并吹干；将吹干后的圆柱棒装配到空心管内，并使空心管和圆柱棒小过盈配合，然后将空心管和圆柱棒两侧端面焊接在一起；

（3）、将组装好的层合坯料加热到1000℃~1150℃后夹放到楔横轧机上进行轧制，压下率为60%～65%，在轧制过程中空心管和圆柱棒结合成一体、形成轧件；

（4）、轧制后，切去轧件两端的料头，去除两端料头的轧件形成当前将轧制的圆柱棒；

（5）、判断当前将轧制的圆柱棒的最外层是强度层还是韧性层，若最外层为强度层，则取韧性层空心管，重复步骤（2）-（4）；若最外层为韧性层，则去强度层空心管，重复步骤（2）-（4）；

（7）、累积轧制9-15道次。内层的韧性层和硬度层得到累积压下率在95%以上的超细晶层合轴。

超细晶层合轴，其特征在于：该层合轴具有多层金属层组织，金属层组织分为具有高强度和高硬度的强度层和具有良好的抗冲击性能的韧性层，强度层和韧性层间隔分布，强度层在外，韧性层在内；强度层和韧性层之间过盈配合，强度层与韧性层之间原子级接触。

进一步，金属层组织的轧制压下率从外向内依次增加。

本发明的有益效果为：