專利名稱：模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有復(fù)雜截面的大直徑金屬環(huán)件的短流程加工成形方法，具體的涉及一種模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法。
背景技術(shù)：
采用模具鋼制作的大型環(huán)件主要用于油氣等領(lǐng)域，工作環(huán)境惡劣。特殊的使用環(huán)境對(duì)環(huán)件的尺寸精度和綜合力學(xué)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，避免后續(xù)機(jī)加成形，浪費(fèi)大量人力物力的同時(shí)嚴(yán)重降低環(huán)件使用性能；另一方面要求零件具有優(yōu)異的組織狀態(tài)以達(dá)到綜合力學(xué)性能的要求。目前，復(fù)雜截面環(huán)件的制備通常采用熱軋制(也稱作熱輾擴(kuò))與機(jī)械切削加工聯(lián)合完成。該工藝基于成形錠坯軋制出矩形截面的環(huán)坯，再通過機(jī)械切削將矩形截面加工成所 需要的復(fù)雜截面。主要加工工藝流程為冶煉一開坯一下料一鐓粗一沖孔一熱軋制一熱處理一機(jī)械加工。該工藝存在以下幾個(gè)方面的問題
1)流程冗長(zhǎng)，工序繁多，生產(chǎn)效率低；
2)輾擴(kuò)環(huán)坯需沖孔制備，且最終截面形狀需通過切削多余敷料保證，材料利用率低；
3)機(jī)械加工過程切斷金屬流線，導(dǎo)致環(huán)件綜合力學(xué)性能下降；
4)制備過程需反復(fù)加熱，導(dǎo)致晶粒粗大，表面氧化嚴(yán)重，能源損耗大。公開號(hào)為CN 101817134A的中國專利公開了一種金屬環(huán)件短流程鑄輾復(fù)合成形的方法，該金屬環(huán)件短流程鑄輾復(fù)合成形的方法雖然在一定程度上滿足生產(chǎn)流程短，節(jié)省能源、材料和人力的有益效果，但是該方法采用離心鑄造環(huán)坯，無法滿足復(fù)雜截面環(huán)件的加工要求，且生產(chǎn)得到的金屬環(huán)件的綜合力學(xué)性能還達(dá)不到極端環(huán)境的使用要求。鑒于此，本發(fā)明旨在探索一種模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，該方法不僅能夠簡(jiǎn)化模具鋼大型環(huán)件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善合金環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，該復(fù)合成形方法不僅能夠簡(jiǎn)化合金環(huán)件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善模具鋼環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學(xué)性能。要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括溶煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整；
所述液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1600-1650 °C，加壓速度為30-60 mm/s，充型時(shí)間1-6 S，比壓150-200 MPa，并在該壓力下保壓35-100 S，得到近終截面環(huán)坯；
所述余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1000-118(TC時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。
進(jìn)一步，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內(nèi)爐外精煉，且爐外精煉的溫度為1600-1650 V ；
進(jìn)一步，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至150-200 1時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至350-400 V ；
進(jìn)一步，所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度、_與徑向進(jìn)給速度Ve@滿足V$_=0. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30-50 mm時(shí)，軸向軋棍抬起；
進(jìn)一步，軋制模具與坯料溫差為±10°c ；
進(jìn)一步，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值；
進(jìn)一步，所述精整為冷精整；
進(jìn)一步，余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主棍轉(zhuǎn)速為O. 5-0. 8 rad/s,芯棍進(jìn)給速度為1-30 mm/s ；
進(jìn)一步，所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸；
進(jìn)一步，所述余熱軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度(3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330_。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)坯料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造。 因此，本發(fā)明的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。第一實(shí)施例
本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括熔煉一液態(tài)模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實(shí)施例的模具鋼為5CrNiMo。 熔煉為將模具鋼在熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內(nèi)爐外精煉，且本實(shí)施例爐外精煉的溫度為1600 V。液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1600 °C，加壓速度為30 mm/s，充型時(shí)間6S，比壓150 MPa，并在該壓力下保壓100s，得到近終截面環(huán)坯。比壓是指液態(tài)金屬在壓力下冷卻承受的單位壓力。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，并預(yù)熱至150°〇時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至350°C，通過在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使5CrNiMo模具鋼在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至KKKTC時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。本實(shí)施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段共四個(gè)階段，快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度滿足V$_=0. 5Ve@，減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30mm時(shí)，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為0°C。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設(shè)計(jì)，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。優(yōu)選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主輥轉(zhuǎn)速為O. 5rad/s，芯輥進(jìn)給速度為25mm/s。進(jìn)一步，本實(shí)施例的精整為冷精整。
進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴(kuò)比確定。進(jìn)一步，余熱軋制的輾擴(kuò)比≥I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=1. 4，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度< 3°本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為1°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑≥330mm。本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造；
因此，本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。第二實(shí)施例
本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括熔煉一液態(tài)模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實(shí)施例的模具鋼為5CrMnMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內(nèi)爐外精煉，且本實(shí)施例爐外精煉的溫度為1650 V。液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1650°C，加壓速度為60mm/s，充型時(shí)間IS，比壓200 MPa，并在該壓力下保壓35s，得到近終截面環(huán)坯。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，并預(yù)熱至200°C時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度20 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至400°C，通過在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使5CrMnMo模具鋼在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化處理后的近終截面環(huán)坯降溫至1180°C時(shí)，在徑軸復(fù)合 軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。本實(shí)施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段共四個(gè)階段，快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度滿足V$_=0. 6Ve@，減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差50mm時(shí)，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為10°C。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設(shè)計(jì)，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。優(yōu)選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主輥轉(zhuǎn)速為O. 8rad/s，芯輥進(jìn)給速度為 30mm/s。進(jìn)一步，本實(shí)施例的精整為冷精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴(kuò)比確定。進(jìn)一步，余熱軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=3，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度< 3°本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為2。，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑> 330mm。本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織；4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造；
因此，本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。第三實(shí)施例
本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括熔煉一液態(tài)模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實(shí)施例的模具鋼為5CrNiMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包 精煉爐內(nèi)爐外精煉，且本實(shí)施例爐外精煉的溫度為1640 V。液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1620°C，加壓速度為35mm/s，充型時(shí)間5S，比壓180 MPa，并在該壓力下保壓50s，得到近終截面環(huán)坯。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，并預(yù)熱至180°C時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度15 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至350°C，通過在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使5CrNiMo模具鋼在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1080°C時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。本實(shí)施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段共四個(gè)階段，快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度^_與徑向進(jìn)給速度滿足V$_=0. 55Ve@，減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差40mm時(shí)，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為-io°c。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設(shè)計(jì)，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。優(yōu)選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主輥轉(zhuǎn)速為O. 7rad/s，芯輥進(jìn)給速度為1mm/sη
進(jìn)一步，本實(shí)施例的精整為冷精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴(kuò)比確定。進(jìn)一步，余熱軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=2，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度< 3°，本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為3°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑> 330mm。本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài) 模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造；
因此，本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。第四實(shí)施例
本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括熔煉一液態(tài)模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實(shí)施例的模具鋼為5CrMnMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內(nèi)爐外精煉，且本實(shí)施例爐外精煉的溫度為1640 V。液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1630°C，加壓速度為55 mm/s，充型時(shí)間3S，比壓170 MPa，并在該壓力下保壓80s，得到近終截面環(huán)坯。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，并預(yù)熱至180°C時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度15 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至360°C，通過在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使5CrMnMo模具鋼在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1100°C時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。本實(shí)施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段共四個(gè)階段，快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度^_與徑向進(jìn)給速度滿足V$_=0. 55Ve@，減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差40mm時(shí)，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為0°C。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設(shè)計(jì)，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。優(yōu)選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主輥轉(zhuǎn)速為O. 6rad/s，芯輥進(jìn)給速度為10mm/so進(jìn)一步，本實(shí)施例的精整為冷精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴(kuò)比確定。進(jìn)一步，余熱軋制的輾擴(kuò)比彡I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=1. 5，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°，本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為3°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯、材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造；
因此，本實(shí)施例的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于包括熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整； 所述液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1600-1650で，加壓速度為30-60 mm/s，充型時(shí)間1-6 S，比壓150-200 MPa，并在該壓カ下保壓35-100 S，得到近終截面環(huán)坯； 所述余熱等溫軋制為經(jīng)均勻化處理后的近終截面環(huán)坯降溫至1000-1180°C時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在干模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行爐外精煉，且爐外精煉的溫度為 1600-1650 0C0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至150-200で時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至 350-400 V ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在干所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度滿足Vf^=O. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30-50 mm時(shí)，軸向軋輥抬起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于軋制模具與還料溫差為±10°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述精整為冷精整。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于余熱等溫軋制過程中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的主輥轉(zhuǎn)速為O. 5-0. 8 rad/s,芯輥進(jìn)給速度為 1-30 mm/sο
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在干所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述余熱軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度< 3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑> 330_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括熔煉→液態(tài)模鍛→均勻化→余熱等溫軋制→熱處理→精整；所述液態(tài)模鍛為將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1600-1650℃，加壓速度為30-60mm/s，充型時(shí)間1-6s，比壓150-200MPa，并在該壓力下保壓35-100s，得到近終截面環(huán)坯；所述余熱等溫軋制為均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1000-1180℃時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行余熱等溫軋制。本發(fā)明的模具鋼異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法不僅能夠簡(jiǎn)化合金環(huán)件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善模具鋼環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B22D18/02GK102699634SQ20121020046
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者于文斌, 李路, 王放, 陳志謙 申請(qǐng)人:西南大學(xué)