[发明专利]一种锆无氧铜锻棒的加工方法

说明书

本发明公开了一种锆无氧铜锻棒的加工方法。棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm。需要注意的是本棒材在冷锻机加工后需要进行超声波探伤做内部质量无损检测，采用本发明可以成功实现无损探伤可行性，避免棒材超声波探伤过程中无回波或回波微弱不能达到检测要求的问题。本产品应用在火箭发动机动力室沟槽内壁缩比件方面，在500℃时仍有150MPa以上的抗拉强度及屈服强度，且延伸率也在15%以上。

技术领域

本发明属于金属材料成型技术领域，具体涉及一种锆无氧铜锻棒的加工方法。

背景技术

火箭发动机作为火箭动力来源，制造过程中技术及资金投入较大，为有效提高其使用寿命，采用高性能参数材料成为必须。其中锆无氧铜材料因为其具有高传导性、热强性和抗氧化性等，一直作为国产火箭发动机动力室沟槽内壁主要材料。本文介绍了一种大规格锆无氧铜棒材工业化生产工艺，在常规锻造及热处理工艺的基础上采用新型锻造方式、加热方式、冷却方式，细化加工过程参数控制，从而达成超声波探伤可探性提高的目的。室温状态下：Rm≥300MPa，Rp0.2≥250MPa，A≥20%，且导电率相比于纯铜也没有太多损失，亦可达到90%IACS以上。500℃高温状态下：Rm≥160MPa，Rp0.2≥150MPa，A≥15%。全面满足材料的设计要求。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种锆无氧铜锻棒的加工方法，本发明采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、时效、再机加的方式进行生产，得到一种规格在φ(100～300)×(500～1500)mm范围内的锆无氧铜锻棒。坯料采用多次多方向换向热锻造，锻后间隔采用空冷与水冷相交替的冷却方式，同时采用锻造后红热返炉、迅速补温、快速转料淬火冷却的方式配合八方滚圆冷锻的冷成型技术，成功实现棒材内部超声波探伤可行性，成功消除了棒材超声波探伤过程中无回波或回波微弱不能达到无损检测的问题。本产品应用在火箭发动机动力室沟槽内壁缩比件方面，在室温条件下在500℃时仍有150MPa以上的抗拉强度及屈服强度，且延伸率也在15%以上。

本发明技术方案如下：

一种锆无氧铜锻棒的加工方法，该方法棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、成品时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm的锆无氧铜锻棒。

具体包括以下步骤：

（1）锻造下料：根据目标棒材的规格进行锯切下料；下料重量根据锻造熟练度、车削余量、是否预留试样等条件一般控制在成品重量的1.5～2.5倍。根据下料的重量及锻造高径比对坯料的直径、高度（长度）进行计算，计算后设置此直径为铸锭开坯锻造的目标直径。

原材料化学成分要求：

Zr：0.11～0.21%，Cu：余量，密度8.9g/cm3。

下料重量计算：

重量（Kg）=（成品棒材半径+15mm）2×3.14×8.9×（成品棒材长度+200mm）/1000/1000。

下料规格计算：

（坯料直径/2）2×3.14×坯料长度×8.9/1000/1000=重量kg，且满足：坯料重量/坯料直径=1.8～2.5。

（2）坯料加热：将坯料放入电加热炉中加热，温度为920～960℃，坯料采用800℃热装炉，升温及到温后保温时间均控制在0.3～0.5min/mm。

（3）坯料镦拔：采用坯料四方倒棱换向三镦三拔的方式细化坯料晶粒，改善材料内部组织和性能；