[发明专利]铝合金异截面大型环件的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，具体的涉及一种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法。

背景技术

随着我国航天事业的飞速发展，大推力运载火箭急需直径5米以上级的大型复杂截面铝合金环件。所谓复杂截面环件，是指环件轴向方向截面积尺寸差异较大、环件截面方向形状和尺寸变化较大、以及内表面和外表面形状均较为复杂的金属环件，它是大推力运载火箭项目能否成功的重要环节，是运载火箭的关键连接件。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如运载火箭的使用要求。

鉴于此，本发明旨在探索一种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铝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铝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铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铝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铝合金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，本发明的铝合金异截面大型环件的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，将熔炼得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为650-730 ℃，加压速度为35-40 mm/s，充型时间1-6 s，比压为100-200 MPa，并在该压力下保压35-60 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的温度降至430-480℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制。

进一步，将所述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脱模剂，涂层厚度10-20微米，继续预热液态模锻模具至250-300 ℃；

进一步，所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、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，熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金，且纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽；