專利名稱：一種高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，屬于金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬筒體在航空、航天、石油、化工、電力、核能等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。大直徑薄壁金屬筒體的加工方法主要有①利用板材卷板焊接直接成形，②板材卷板焊接，變薄旋壓，筒底焊接成形，③板料沖壓，變薄旋壓成形，④板料直接旋壓成形，⑤離心鑄造管坯，變薄旋壓，筒底焊接成形，⑥真空鑄造筒坯，熱等靜靜壓，變薄旋壓成形。傳統(tǒng)板材卷板焊接直接成形方法，可用于大部分金屬材料的筒體加工，但焊縫的存在降低了筒體的綜合性能；對于變形抗力較大的高強(qiáng)鋼、鎳基合金、鈦合金等材料，利用板材直接旋壓成形加工相當(dāng)困難；離心鑄造+旋壓工藝制備大直徑筒體流程短，但不適合用于合金元素比重差異較大的材料且需要焊接筒底；鑄造-熱等靜壓工藝雖然可以消除鑄造氣孔等缺陷，但難以消除粗大的鑄造組織，旋壓筒坯組織的均勻性較差；板料沖壓成形制備旋壓筒坯的工序多，對于變形抗力較大的鎳基合金、高強(qiáng)鋼和鈦合金等難變形材料成形相當(dāng)困難，且板材的制備加工流程長，導(dǎo)致板料沖壓成形+變薄旋壓成形和直接旋壓成形的方法加工大直徑筒體的工序相當(dāng)繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高質(zhì)量大直徑無焊縫薄壁金屬筒體的制備方法，其制備工藝流程短、成形省力、節(jié)能、材料利用率高，適用性強(qiáng)，筒體組織均勻、細(xì)小，綜合性能好，可以解決傳統(tǒng)加工方法存在焊縫影響筒體綜合性能、加工流程長和工序多、加工成形困難等諸多問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，包括如下步驟:(I)采用等溫或熱模反擠壓工藝，對合金鍛棒進(jìn)行反擠壓，制備出旋壓筒坯；(2)機(jī)加工步驟⑴所得旋壓筒坯內(nèi)外表面，并精車筒坯筒底的內(nèi)表面，得到機(jī)加工旋壓筒體；(3)將步驟(2)精加工的旋壓筒坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，所述旋壓為熱旋或冷旋，得到旋壓半成品；(4)將步驟(3)旋壓半成品進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理；(5)對步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，并進(jìn)行成品旋壓；(6)對步驟(5)所得的筒體，酸洗和清洗后，進(jìn)行成品熱處理；(7)對步驟(6)熱處理的筒體進(jìn)行內(nèi)外表面拋光，得到成品筒體。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:所述的合金為變形合金，包括黑色金屬和有色金屬的變形合金以及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料，主要針對使用性能要求較高的鎳基合金、高強(qiáng)鋼、鈦合金、鋯合金、鋁合金、銅合金以及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料等。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟⑴中，所述合金鍛棒的直徑為Φ 180mm Φ IOOOmm ;擠壓溫度高于1050°C采用熱模反擠壓,低于該溫度采用等溫反擠壓，所述反擠壓的擠壓比為1.5 10,擠壓速度為0.0lmm/s 5mm/s。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟(2)中，所述機(jī)加工旋壓筒體的壁厚為IOmm 50mm,外徑為 Φ 200mm Φ 1000mm。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟(3)中，所述熱旋主要針對室溫塑性較差的材料，如鈦合金和非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料等，即當(dāng)所述合金為鈦合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料時，采用熱旋進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓。所述變薄旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為 0.5mm/η 2mm/n。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟⑷中，所述中間熱處理(退火或固溶處理)間的變形量為45% 75%。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟(5)中，所述成品旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為 0.5mm/η 2mm/n。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟￠)中，所述的熱處理為真空退火或固溶+時效處理，可采用材料常用的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:步驟(7)中，所述成品筒體的直徑為Φ 200mm Φ 1000mm,壁厚為 I臟 ICtam,長度為 30Ctam 3000mm。本發(fā)明提供了一種大直徑筒體組織均勻且細(xì)小、綜合性能高、流程短、材料利用率高的加工新方法，主要 優(yōu)點(diǎn)有:(I)擠壓成形過程中材料受到三向壓應(yīng)力極大的發(fā)揮了材料的成形性，采用等溫或熱模反擠壓，坯料溫度和模具溫度一致或相接近，材料變形溫度均勻，變形均勻，旋壓筒坯組織均勻、細(xì)小。(2)擠壓成形應(yīng)變速率較小，變形溫度高，幾乎沒有模冷效應(yīng)，材料變形抗力較小，顯著降低擠壓成形力，成形省力，節(jié)能。(3)采用等溫/熱模反擠壓工藝直接制備旋壓筒坯，避免了工序多、流程長的板材加工和筒坯的多道次沖壓成形，極大的縮短了工藝流程。(4)本發(fā)明的適用性非常強(qiáng)，幾乎可用于所有變形合金筒體的加工，亦可用于塑性較低的非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料筒體的加工成形。采用本發(fā)明加工的大直徑無焊縫薄壁金屬筒體，組織均勻且細(xì)小、綜合性能高、流程短、產(chǎn)品附加值高。本發(fā)明為高性能、高質(zhì)量、大直徑薄壁筒體加工提供了新途徑，加工的筒體可用于航空、航天和核工業(yè)等高科技領(lǐng)域和普通民用的各行各業(yè)，應(yīng)用前景良好，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1為本發(fā)明高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體加工方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面主要通過對變形抗力大、成形困難的鎳基合金薄壁筒體加工為例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。如圖1所示，為本發(fā)明的工藝流程圖。本發(fā)明高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工工藝流程，包括:鍛棒下料，等溫/熱模反擠壓，機(jī)加工筒體內(nèi)外表面及精車筒底內(nèi)表面，變薄旋壓，中間熱處理，成品旋壓，成品熱處理，筒體內(nèi)外拋光。(I)采用等溫或熱模反擠壓工藝，對合金鍛棒進(jìn)行反擠壓，制備出旋壓筒坯。合金為變形合金，包括黑色金屬和有色金屬的變形合金以及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料，主要針對使用性能要求較高的鎳基合金、高強(qiáng)鋼、鈦合金、鋯合金、鋁合金、銅合金以及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料等。合金鍛棒的直徑可為Φ180.ι Φ 1000mm;擠壓溫度高于1050°C采用熱模反擠壓，低于該溫度采用等溫反擠壓，反擠壓的擠壓比為1.5 10，擠壓速度為
0.01mm/s 5mm/s。(2)機(jī)加工步驟(I)所得旋壓筒坯內(nèi)外表面，并精車筒坯筒底的內(nèi)表面，得到機(jī)加工旋壓筒體。機(jī)加工旋壓筒體的壁厚為IOmm 50mm,外徑為C>200mm Φ 1000mm。(3)將步驟(2)精加工的旋壓筒坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，旋壓為熱旋或冷旋，得到旋壓半成品。熱旋主要針對室溫塑性較差的材料，如鈦合金和非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料等，變薄旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為0.5mm/n 2mm/n。(4)將步驟(3)旋壓半成品進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理。中間熱處理(退火或固溶處理)間的變形量為45% 75%。(5)對步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，并進(jìn)行成品旋壓。成品旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為 0.5mm/η 2mm/n。(6)對步驟(5)所得的筒體，酸洗和清洗后熱處理。熱處理為真空退火或固溶+時效處理，可采用材料常用的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度。(7)對步驟(6)熱處理的筒體進(jìn)行內(nèi)外表面拋光，所得成品筒體的直徑為Φ 200mm Φ 1000mm,壁厚為 I臟 ICtam,長度為 30Ctam 3000mm。實(shí)施例1加工對象為Hastelloy C合金筒體，將直徑為300mm的鍛棒下料，機(jī)加工后，用壁厚為IOmm的普炭鋼包套，加熱到890°C，保溫3h，繼續(xù)升溫到1220°C，保溫4h ;然后覆涂玻璃潤滑粉，放入擠壓筒進(jìn)行熱模反擠壓，擠壓速度為1.5mm/s，擠壓比為3.5，擠壓工模具溫度為950°C。清除包套材料，機(jī)加工筒體內(nèi)外表面，并精車筒底內(nèi)表面，旋壓筒坯外徑為294mm，壁厚為10mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減壁率為20%，后續(xù)道次減薄率為26%，成品前兩道次的進(jìn)給比0.7mm/n，其他道次的進(jìn)給比為1.3mm/n,固溶熱處理間的變形量為65%，固溶溫度為1180°C，保溫1.5h，水淬。成品筒體采用真空退火，退火溫度為1120°C。經(jīng)拋光處理后筒體的外徑為276mm,壁厚為1mm。實(shí)施例2加工對象為GH4698合金筒體，將直徑為260mm的鍛棒下料，機(jī)加工后，用壁厚為IOmm的普炭鋼包套，加熱到860°C，保溫2h，繼續(xù)升溫到1220°C，保溫3h ;然后覆涂玻璃潤滑粉，放入擠壓筒進(jìn)行熱模反擠壓，擠壓速度為1.5mm/s，擠壓比為3.1，擠壓工模具溫度為950 0C。清除包套材料，機(jī)加工筒體內(nèi)外表面，并精車筒底內(nèi)表面，旋壓筒坯外徑為255mm，壁厚為10mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減壁率為21%，后續(xù)道次減薄率為27%,成品前兩道次的進(jìn)給比為0.6mm/n,其他道次的進(jìn)給比為1.lmm/n,固溶熱處理間的變形量為65%，固溶溫度為1100°C，保溫lh，水淬。成品管材采用標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度為:固溶溫度為1120 ± I (TC，8h，空冷+1OOO ± I (TC，4h，空冷+775 ± I (TC，16h，空冷。經(jīng)拋光處理后筒體的外徑為239mm,壁厚為2mm。實(shí)施例3加工對象為InConel718合金筒體，將直徑為300mm的鍛棒下料，機(jī)加工后，預(yù)熱到260°C噴涂高溫防氧化玻璃潤滑劑，隨后加熱到850°C，保溫2h，繼續(xù)升溫到1050°C，保溫4h ;然后覆涂玻璃潤滑粉，放入擠壓筒進(jìn)行等溫反擠壓，擠壓速度為lmm/s，擠壓比為4。機(jī)加工筒體內(nèi)外表面，并精車筒底內(nèi)表面，機(jī)加工后筒體的外徑為295mm，壁厚為15mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減薄率為18%，后續(xù)道次減薄率為25%，成品前兩道次的進(jìn)給比為0.7mm/n,其他道次的進(jìn)給比為1.2mm/n,固溶處理間的變形量為70%，固溶溫度為1065°C，保溫2h，水淬。成品筒體采用標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度I1:980±10°C，lh，空冷+720±5°C，8h，以50°C /爐冷至620±5°C，8h，空冷。經(jīng)拋光處理后筒體的外徑為267mm,壁厚為 1mm。實(shí)施例4加工對象為Mone400合金筒體，將直徑為400mm的鍛棒下料，機(jī)加工后，預(yù)熱到200°C噴涂高溫防氧化玻璃潤滑劑，隨后加熱到980°C，保溫4h，覆涂玻璃潤滑粉；放入擠壓筒進(jìn)行等溫反擠壓，擠壓速度為0.5mm/s，擠壓比為5.3。機(jī)加工筒體內(nèi)外表面，并精車筒底內(nèi)表面，機(jī)加工后筒體的外徑為395mm，壁厚為15mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減薄率為20%,后續(xù)道次減薄率為25 30% ,成品前兩道次的進(jìn)給比為0.8mm/n，其他道次的進(jìn)給比為1.6mm/n。退火間變形量為70%，退火溫度為920°C。成品退火溫度為615°C，保溫lh。經(jīng)拋光處理后筒體的外徑為370mm，壁厚為2.5mm。采用本發(fā)明方法加工的大直徑無焊縫薄壁金屬筒體，組織均勻且細(xì)小、綜合性能高、流程短、產(chǎn)品附加值高，具有良好的應(yīng)用推廣前景和一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
權(quán)利要求
1.一種高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，包括如下步驟: (1)采用等溫或熱模反擠壓工藝，對合金鍛棒進(jìn)行反擠壓，制備出旋壓筒坯； (2)機(jī)加工步驟(I)所得旋壓筒坯內(nèi)外表面，并精車筒坯筒底的內(nèi)表面，得到機(jī)加工旋壓筒體； (3)將步驟(2)的機(jī)加工旋壓筒坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，所述旋壓為熱旋或冷旋，得到旋壓半成品； (4)將步驟(3)旋壓半成品進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理； (5)對步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，然后進(jìn)行成品旋壓； (6)對步驟(5)所得的筒體，酸洗和清洗后進(jìn)行成品熱處理； (7)對步驟(6)熱處理的筒體進(jìn)行內(nèi)外表面拋光，得到成品筒體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述的合金為黑色金屬和有色金屬的變形合金及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述合金鍛棒的直徑為Φ 180mm Φ 1000mm,所述反擠壓的擠壓比為1.5 10,擠壓速度為0.01mm/s 5mm/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述機(jī)加工旋壓筒體的壁厚為IOmm 50mm,外徑為Φ 200mm Φ 1000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:當(dāng)所述合金為鈦合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料時，采用熱旋進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述變薄旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為0.5mm/n 2mm/n。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述中間熱處理間的變形量為45% 75%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述成品旋壓的道次減薄率為10% 40%,進(jìn)給比為0.5mm/n 2mm/n。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述的成品熱處理為真空退火或固溶+時效處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，其特征在于:所述成品筒體的直徑為Φ 200mm Φ 1000mm,壁厚為Imm IOmm,長度為300mm 3000mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高質(zhì)量大直徑薄壁金屬筒體的加工方法，包括(1)采用等溫或熱模反擠壓工藝，對合金鍛棒進(jìn)行反擠壓；(2)機(jī)加工所得旋壓筒坯內(nèi)外表面，并精車筒坯筒底的內(nèi)表面；(3)將機(jī)加工旋壓筒坯進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，旋壓為熱旋或冷旋；(4)將旋壓半成品進(jìn)行中間熱處理，中間熱處理為退火或固溶處理；(5)對步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，然后進(jìn)行成品旋壓；(6)對所得的筒體，酸洗和清洗后進(jìn)行成品熱處理；(7)對步驟(6)熱處理的筒體進(jìn)行內(nèi)外表面拋光，得到成品筒體。采用本發(fā)明加工大直徑無焊縫薄壁金屬筒體、組織均勻且細(xì)小、綜合性能高、流程短、產(chǎn)品附加值高，具有良好的應(yīng)用推廣前景和一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號B21C23/20GK103170798SQ20111043317
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者郭勝利, 李德富, 胡捷, 鄔小萍 申請人:北京有色金屬研究總院