[发明专利]模具钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有复杂截面的大直径金属环件的短流程加工成形方法，具体的涉及一种模具钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法。

背景技术

采用模具钢制作的大型环件主要用于油气等领域，工作环境恶劣。特殊的使用环境对环件的尺寸精度和综合力学性能提出了近乎苛刻的要求：一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后续机加成形，浪费大量人力物力的同时严重降低环件使用性能；另一方面要求零件具有优异的组织状态以达到综合力学性能的要求。

目前，复杂截面环件的制备通常采用热轧制（也称作热辗扩）与机械切削加工联合完成。该工艺基于成形锭坯轧制出矩形截面的环坯，再通过机械切削将矩形截面加工成所需要的复杂截面。主要加工工艺流程为：冶炼→开坯→下料→镦粗→冲孔→热轧制→热处理→机械加工。该工艺存在以下几个方面的问题：

1）流程冗长，工序繁多，生产效率低；

2）辗扩环坯需冲孔制备，且最终截面形状需通过切削多余敷料保证，材料利用率低；

3）机械加工过程切断金属流线，导致环件综合力学性能下降；

4）制备过程需反复加热，导致晶粒粗大，表面氧化严重，能源损耗大。

公开号为CN 101817134A的中国专利公开了一种金属环件短流程铸辗复合成形的方法，该金属环件短流程铸辗复合成形的方法虽然在一定程度上满足生产流程短，节省能源、材料和人力的有益效果，但是该方法采用离心铸造环坯，无法满足复杂截面环件的加工要求，且生产得到的金属环件的综合力学性能还达不到极端环境的使用要求。

鉴于此，本发明旨在探索一种模具钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，该方法不仅能够简化模具钢大型环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种模具钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，该复合成形方法不仅能够简化合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善模具钢环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

要实现上述技术目的，本发明的模具钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→余热等温轧制→热处理→精整；

所述液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的模具钢溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1600-1650 ℃，加压速度为30-60 mm/s，充型时间1-6 s，比压150-200 MPa，并在该压力下保压35-100 s，得到近终截面环坯； 

所述余热等温轧制为：经均匀化后的近终截面环坯降温至1000-1180℃时，在径轴复合轧环机上进行余热等温轧制。

进一步，模具钢熔炼完成后，将模具钢溶液在钢包精炼炉内炉外精炼，且炉外精炼的温度为1600-1650 ℃；

进一步，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150-200 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至350-400 ℃；

进一步，所述余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5-0.6V_径向，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm 时，轴向轧辊抬起；

进一步，轧制模具与坯料温差为±10℃；

进一步，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值；

进一步，所述精整为冷精整；

进一步，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.5-0.8 rad/s，芯辊进给速度为1-30 mm/s；

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；