[发明专利]一种环件复合制坯热轧成形方法

说明书

本发明提出一种环件复合制坯热轧成形方法，首先以较小直径的圆铸坯为原材料，经轴向镦粗变形和表面机加工得到较大直径的坯料单元；然后将多个坯料单元表面清理、轴向堆垛、点焊固定、真空封焊得到所需尺寸的焊接料段；再进行高温变形和扩散连接，实现坯料单元各接触面的焊合，获得整体坯料；然后进行多向锻造和冲孔获得所需尺寸的环坯；最后进行径轴向热轧成形，获得所需尺寸与性能的重型环件。本发明以多个小规格圆铸坯锻焊成形大规格坯料、多向锻造成形环坯、径轴向热轧成形环件，可实现核电、航天等重型环锻件成形。

技术领域

本发明属于塑性加工的技术领域，尤其涉及一种环件复合制坯热轧成形方法。

背景技术

环形零件是机械装备、风电核电装备、航天运载装备等重大装备中的关键基础零部件，随着装备尺寸大型化发展需求，所需环件尺寸越来越大，相应环锻件重量也越来越重。例如，长征9号重型运载火箭燃料贮箱过渡环直径达8m以上，相应矩形铝合金环锻件重量达8吨以上；四代核电不锈钢支承环直径达15m，相应矩形不锈钢环锻件重量达100吨以上。随着环锻件重量的增加，不仅环锻件轧制难度加大，而且对环坯制造难度和原材料质量规格提出更高的要求。环锻件重量越大，环坯重量也越大，所需原材料也越重。由于镦粗高径比一般不超过3，所以制备超重环坯通常需要大直径铸锭，而铸锭直径越大，铸锭的内部质量越差，且受技术制约目前所能生产的铸锭直径有限，重量也有限。因此，开发超重型环锻件的首要问题是解决环坯和原材料的制备。大直径超重优质铸锭的制备目前仍属于国际难题，需要更先进的铸造工艺和装备以及更严格的过程控制技术，短时间内难以有较大突破；同样，高径比大于3的铸锭镦粗也是一项重大难题，专利CN201710205539.4公开了一种大高径比镦粗方法，但是针对不同尺寸环坯，需配备专用模具，工序繁多。因此，迫切需要研发重型环锻件制坯和轧制技术，以满足核电、航天等重型装备发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环件复合制坯热轧成形方法，通过锻焊复合成形，实现由小规格圆铸坯制备大规格环坯，进而热轧成形获得所需尺寸的重型环件。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种环件复合制坯热轧成形方法，其特征在于，它包括如下具体步骤：

1)坯料单元制备，将圆铸坯通过锯床下料至设计高度，得到多个坯料段，然后将坯料段放入加热炉中加热至始锻温度并保温，取出坯料段放到压力机工作台上进行镦粗、滚圆、平端面，得到锻造料段，待锻造料段冷却后再将其表面进行机加工，得到所需尺寸的坯料单元，保证其上下端面足够平整光滑；

2)焊接料段制备，用酒精或丙酮有机溶剂清洁坯料单元表面油污，保证其表面足够干净，然后将多个坯料单元沿轴向进行堆垛形成所需尺寸的预焊接料段，将预焊接料段各贴合面沿圆周方向进行点焊固定，再将该料段放入真空室中，抽真空后采用激光或电子束对各贴合面沿周向进行真空封焊，保证焊缝的气密性好，防止界面在后续加热过程中产生氧化，取出焊接料段后对焊缝处进行机加工，保证表面光滑；

3)坯料高温变形及扩散连接，将所制备的焊接料段放入加热炉中加热保温，取出焊接料段放到压力机工作台上进行轴向镦粗，合理控制压下量和压下速度，实现各个坯料单元间的高温变形连接，变形结束后，将变形坯料放回加热炉中加热保温，进行高温扩散连接，进一步提升结合面的强度以及成分均匀化，最终得到一块无缝的整体坯料；

4)环坯锻造成形，将整体坯料从加热炉中取出放置压力机工作台上进行多向锻造，首先沿轴向进行镦粗至设计高度，然后沿轴向拔长成方块，再沿轴向镦粗，接着沿另外两个垂直方向进行拔长和镦粗，最后再一次沿轴向进行拔长和镦粗，并倒棱、滚圆、平端面得到所需尺寸的圆柱形坯料，然后对圆柱形坯料进行冲孔、平端面得到所需尺寸的环坯；

5)环件热轧成形，将成形的环坯回炉加热至始锻温度并保温，然后取出环坯放置轧环机上进行径轴向热轧成形，轧制过程中，合理匹配径向与轴向进给速度，保证环件平稳长大，待环件外径和高度达到设计尺寸后停止轧制，轧制过程还需监控环件温度，若低于材料终锻温度还需回炉加热后再轧制。