[发明专利]具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢及其制造方法

说明书

本发明涉及具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢及其制造方法。其化学成分质量百分比为：0.35％≤C≤1.0％，3.0％≤Mn≤15.0％，Si≤3.0％，Al≤3.0％，7.0％≤Cr≤15.0％，2.0％≤Ni≤10.0％，0.5％≤Mo≤4.0％，0.5％≤Cu≤4.0％，0.4％≤V≤2.0％，0.08％≤Nb≤1.0％，N≤0.03％，P≤0.02％，S≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，Nb和V元素质量百分比还需满足如下关系：0.65％≤0.7Nb+V≤2.5％；Si和Al元素质量百分比还需满足如下关系：0.8％≤Al+Si≤4.0％。所述奥氏体合金钢经熔铸、锻造或热轧或锻造开坯与热轧、固溶时效处理工艺流程制备得到，其线膨胀系数α_m(25,400)≥16.5×10^‑6/℃，室温硬度≥36HRC，并且在700℃下保温24h后室温硬度≥34HRC。

技术领域

本发明属于高强度钢技术领域，尤其是涉及一种具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢及其制造方法。

背景技术

机械制造行业朝着加工制造高效率、高精准度不断发展。机械装备零部件(如数控机床工具系统装夹刀柄、传动轴等)越来越多地使用高强度和超高强度钢材料。相互配套的零部件可以通过热装法实现紧密连接，使得机械装备的结构紧凑、运行安全性和加工精度高。这里，相互配套的零部件分别被称为包容件和被包容件。比如，高速数控机床用热装刀柄(包容件，通常采用高强度钢制造而成)，因其对加工刀具(被包容件)夹持精度高和夹持力大、弯曲刚度大、动平衡性能好等优点获得了广泛应用，热装刀柄的使用有助于提高切削加工效率、提升机床主轴和加工刀具的使用寿命。

热装法是利用包容件材料与被包容件材料的的热膨胀系数之差来实现装配连接的。室温下，包容件的孔径小于被包容件外径。装配过程时，对包容件进行加热，包容件夹持孔径因热膨胀变大，被包容件因而可以顺利放置于包容件孔径中，包容件冷却后收缩并与被包容件挤压连接在一起。因而，包容件通常在具有高强度的同时，还需要具有良好的热膨胀特性(即高膨胀系数)。拆卸时，将包容件和被包容件同时加热，因包容件材料的热膨胀系数高于被包容件材料，高温下包容件孔径大于被包容件外径，被包容件可以轻松取出。对于需要反复装卸的零部件，包容件材料还需要具有良好的高温抗氧化性和热稳定性(即材料的强度不随包容件多次循环加热而发生明显衰减)，以保持零部件热装配精度。

目前机械装备中用做热装配包容件的材料多为热作模具钢(如4Cr5MoSiV1)和普通高强耐热不锈钢。上述材料的热膨胀系数通常较低、高温抗氧化性和(或)热稳定性不佳，这会导致包容件在热装配时因装配温度过高而容易发生塑性变形和材料表面氧化，并且经多次装卸后材料强度衰减显著，从而降低机械装备的装配精度、运行安全性和加工精度。因此，迫切需要开发具有高膨胀性能、高温抗氧化性和热稳定性的高强度钢材料，用于制造机械装备中热装配包容件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢及其制造方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明第一方面提供一种具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢。

为获得高线膨胀系数，合金钢基体组织需要是单一奥氏体组织。本发明中，添加C、Ni、Mn、Cu奥氏体形成元素及控制Cr、Mo、Al、Si等铁素体形成元素的含量，使合金钢基体具有单一奥氏体组织。