CN101279343A - 不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法 - Google Patents

不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法 Download PDF

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王超
李志瑶
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何涛
刘志棋
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Abstract

本发明公开了一种不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法,为获得组织和性能优良的该合金异形环锻件和实现精确轧制,该方法包括以下步骤:合金棒料经加热镦粗变形50%~55%制成实心圆饼再冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的30%~35%后制成空心圆饼;空心圆饼经加热被环轧变形40%~45%后得到矩形预轧坯;预轧坯经加热装进轧环机辗轧模具并在该模具的异形孔型内被辗轧变形50%~55%后成形为异形环锻件。辗轧时,上述预轧坯沿径向的展宽速度是2mm/s~15mm/s,受到的径向轧制力是20000kg~120000kg。该方法主要用于航空发动机异形环锻件的成形,采用该方法可以获得沿零件外形呈流线分布的异形环锻件。

Description

不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法
技术领域
本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法,特别是涉及了不锈钢异形环锻 件的辗轧成形方法。
背景技术
采用不锈钢(如英国10Cr-6Co-0.8Mo等材料牌号)制造的航空发动机异形 环锻件,如机匣等零部件由于长期在恶劣的环境下工作,要求锻件具有较好的 性能及组织稳定性。
2005年3月2日公开的中国发明专利说明书CN 1586754A公开了一种外台 阶截面环件轧制成形的方法,所述环件的纵向截面是一种非矩形的外台阶形状, 即所述环件属于异形环锻件的一种特殊形状。该方法包括下料、制坯、轧制及 后续加工,采用该方法轧制的异形环件是由轧环机的主辊(即驱动辊)和芯辊 直接形成的孔型来实现异形环件的变形成形。采用该工艺轧制不同形状的异形 环件时,需要重新更换辊型,而频繁更换辊型将会增加制造成本、延长生产周 期和不利于设备的维护保养。
上述环件轧制成形方法并未公开轧制不锈钢异形环锻件的具体工艺步骤, 轧制不锈钢异形环锻件时,从合金棒料到最终轧制成异形环锻件,合金的变形 量对环锻件的组织和性能影响很人,其变形量选择不准,将会造成环锻件晶粒 粗大、轧伤、轧裂、折叠、夹层等缺陷,从而影响锻件的交付和使用。
有鉴于此,本发明提供了一种不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种准确的变形量来实现不锈钢异形环锻 件在辗轧模具内成形的方法,采用该方法精确轧制的环件具有优良的组织和性为解决上述技术问题,本发明所述不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法,其 技术方案包括以下步骤-
把按规格下料的不锈钢棒料加热到113(TC〜115(TC的变形温度,经镦粗使 其变形50%〜55%得到实心圆饼;把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺 寸的30%〜35%后得到空心圆饼;
加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形40%〜45%后得到矩 形预轧坏;
加热所述预轧坯到上述变形温度,把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具,所 述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的异形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生 连续局部塑性变形,所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形50%〜55% 后成为异形环锻件。
当采用上述方法辗轧成形不同形状的异形环锻件时,只需把辗轧模具的孔 型按环锻件的截面形状来调整,更换相应的模具模块便可。
辗轧时,上述预轧坯沿径向的展宽速度是2mm/s〜15mm/s,受到的径向轧 制力是20000kg〜120000kg。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明把按规格下料的不锈钢棒料从镦粗、冲孔、制矩形预轧坯、到辗轧 成异形环锻件的整个工艺过程,通过选用准确的变形量和使用辗轧模具来使异 形环锻件成形,获得了组织均匀和性能优良的异形环锻件。英国材料牌号为 10Cr-6Co-0.8Mo的变形不锈钢为例,经检测该合金异形环锻件不同部位的金相 低倍组织,未发现有粗晶、裂纹、伤痕、折叠、夹层等缺陷。
经检测该合金异形环锻件的室温拉伸性能,其抗拉强度为1110MPa〜 1120MPa (大于使用要求的1000MPa),其伸长率为0.2%时的屈服强度为 970MPa〜990MPa(大于使用要求的880MPa),其断后伸长率为16%〜17%。(大 于使用要求的12%)。
经检测该合金异形环锻件的冲击性能,其冲击功为63 J〜64J (大于使用要 求的55J)。经检测该合金异形环锻件的布氏硬度为335,满足了使用要求。
从该合金异形环锻件的理化检测结果可知,采用上述方法辗轧成形的该合 金异形环锻件取得了预料不到的技术效果,大大满足了其使用要求。
本发明还通过在轧环机上安装辗轧模具来实现不锈钢异形环锻件的辗轧成 形,即在轧环机的芯辊上安装芯辊模,在其主辊上安装主辊模,芯辊模与主辉 模合模后能够形成用于辗轧异形环锻件的异形孔型,从而把异形环锻件的成形 方式由主辊、芯辊和锥辊辗轧成形改进为主要由模具辗轧成形,当辗轧不同截 面形状的异形环锻件时,只需更换辗轧模具上形成所述异形孔型的模块即可, 而不必更换轧环机的主辊、芯辊等部件,从而可以降低异形环锻件的制造成本、 縮短生产周期并有利于设备的维护保养。并且,采用本方法辗轧不锈钢异形环 锻件,可以获得沿零件外形呈流线分布的异形环锻件,提高了异形环锻件的尺 寸精度,从而可以实现精确轧制,减少异形环锻件的机械加工余量和贵重不锈 钢材料的浪费。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一歩详细说明。
图1是矩形预轧坯的制坯工艺流程图。
图2是预轧坯装迸辗轧模具的结构图。
图3是预轧坯辗轧成异形环锻件的工艺过程图。
图4是图3所示的辗轧工艺过程的俯视方向示意图。
图5是辗轧成形的异形环锻件沿其中心线的纵剖面图。
图6 (a)是图5所示a部位的金相低倍组织图。
图6 (b)是图5所示b部位的金相低倍组织图。
具体实施方式
实施本发明所述的不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。下面以英国材料牌号为10Cr-6Co-0.8Mo 的变形不锈钢为例来详细说明该方法的具体实施方式:
该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含(:量0.06%〜0.11%、含 Cr量9.80%〜11.20%、含Co量5.0%〜7.0%、含Si量0.10%〜0.70%、含Mq 量0.50%〜1.0%、含Mn量0.60%〜1.15%、含Nb量0.05%〜0.15%、含V量 0.10%〜0.35%、含Ni量0.200/。〜0.80%、含N量0.010%〜0.035%、含B量 0.004%〜0.012%、含P量《0.0280/0、含S量《0.02%、余量为Fe。
该合金从棒料到生产出合格的异形环锻件的工艺步骤如下: 步骤1:矩形预轧坯的制坯。如图1所示,把按规格下料的10Cr-6Co-0.8Mo 合金棒料1在锻造加热炉内加热到1130"C〜115(TC的变形温度,在锻压机十.镦 粗使其变形50%〜55%得到实心圆饼2,接着把实心圆饼2用冲头4冲出中心孔 得到空心圆饼3,所述空心圆饼3的内径尺寸是其外径尺寸的30%〜35%;把空 心圆饼3再加热到上述温度后装进轧环机轧环使其变形40%〜45%后被环轧成 矩形预轧坯5。
在上述步骤1中,采用上述变形方式制作的矩形预轧坯5能够获得均匀的 组织,可以避免该合金在轧环时产生晶粒粗大和裂纹等缺陷,从而有利于使终 轧异形环锻件获得良好的组织和性能。
步骤2:异形环锻件的辗轧成形:
先把预轧坯5在锻造加热炉内加热到113(TC〜115(TC的变形温度后装进由 主辊模和芯辊模组成的辗轧模具,如图2所示,把该预轧坯5用机械手装在芯 辊模的内型模块16上并平放在轧环机的底盘上(图中未示出),所述芯辊模由 内型模块16、芯套21、压环22通过螺母23和芯辊键24固定在芯辊12上;启 动轧环机使其主辊13按图2所示方向旋转,然后使芯辊12向主辊13方向平移 靠近主辊13后芯辊模与主辊模合模,所述主辊模由下端盖19、外型模块17、 上端盖18通过主辊套20和主辊键25同定在主辊13上,所述内型模块16和外 型模块17的外周面与所述上、下端盖18和19围成异形孔型11,预轧坯5的纵 向截面处于该异形孔型11内;同时由轧环机驱动上、下锥辊14和15按图2所示方向转动并准备夹持住预轧坯5的上、下端面,使轧环机的两个抱辊26 (如 图4所示)扶持住预轧坯5的外环周面;主辊13驱动预轧坯5、芯辊12和两个抱辊26按图3和图4所示的方向转 动,这时转动的上、下锥辊14和15夹持住转动的预轧坯5的上、下端面与其 一起转动;芯辊12沿径向朝主辊13方向作进给运动使芯辊12和主辊13以 40000kg〜220000kg的轧制力在其异形孔型"内辗轧预轧坯5,预轧坯5以 2mm/s〜15mm/s的速度沿径向展宽,其壁厚逐渐减小,上、下锥辊14和15以 及两个抱辊26随着预轧坯5的径向展宽而外移;预轧坯5在异形孔型11内被辗轧产生连续局部塑性变形,最后预轧坯5在 异形孔型11内变形50%〜55%后成为异形环锻件27,所有转动部件停止后移开 主辊13、锥辊14和15、两个抱辊26以及压在芯辊12顶部的轧环机悬臂,从 芯辊顶部取出异形环锻件27。在上述步骤1和步骤2中,该合金的终锻或终轧温度不小于950°C。如图5所示,异形环锻件27的外环面是由其上部c的外环直面、中部b凸 起的外环直面、以及下部a的外环直面通过圆弧自然过渡连接在一起的曲面, 其内环面是由其上部c的内环直面、中部b凹进的内环直面以及下部a的内环直 面通过圆弧自然过渡连接在一起的曲面直面。按照GB226《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法》检测,该合金锥形环锻 件的金相低倍组织如图6 (a)和图6 (b)所示,其中图6 (a)和图6 (b)的试 样分别取自图5中的a和b部位,在上述低倍组织图上均未发现有粗晶、裂纹、 伤痕、折叠、夹层等缺陷。按照GB/T 228《金属材料室温拉伸试验方法》检测,该合金异形环锻件的 室温抗拉强度为1110MPa〜1120MPa,其伸长率为0.2%时的屈服强度为 970MPa〜990MPa,断后伸长率为16%〜17%。按照GB/T229《金属夏比缺口冲击试验方法》检测,该合金异形环锻件的 冲击功为63 J〜64J。按照GB/231《金属布氏硬度试验方法》检测,该合金异形环锻件的布氏硬按照GB/231《金属布氏硬度试验方法》检测,该合金异形环锻件的布氏硬 度为335。上述理化检测结果表明,采用上述方法辗轧成形的10Cr-6Co-0.8Mo不锈钢 异形环锻件具有优良的内部组织和性能,完全满足了该合金锻件的使用要求。采用本发明提供的方法辗轧成形的异形环锻件并不限于上述实施方式,对 于不同形状的异形环锻件,只需改变辗轧模具的内型模块16和外型模块17的 外周面形状,按照上述方法便可辗轧出不同截面形状的异形环锻件。本发明所 述的辗轧成形是把环锻件的预轧坯通过辗轧模具轧制成环锻件的成形方式。

Claims (4)

1. 一种不锈钢异形环锻件的辗轧成形方法,其特征在于,包括以下步骤: 把按规格下料的不锈钢棒料加热到1130℃~1150℃的变形温度,经镦粗使其变形50%~55%得到实心圆饼;把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的30%~35%后得到空心圆饼; 加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形40%~45%后得到矩形预轧坯; 加热所述预轧坯到上述变形温度,把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具,所述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的异形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生连续局部塑性变形,所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形50%~55%后成为异形环锻件。
2、 按照权利要求l所述的辗轧成形方法,其特征在于:所述辗轧模具的异 形孔型是可以按环锻件的截面形状来调整的。
3、 按照权利要求1所述的辗轧成形方法,其特征在于:所述预轧坯沿径向 的展宽速度是2 mm/s〜15mm/s。
4、 按照权利要求1所述的辗轧成形方法,其特征在于:所述预轧坯受到的 径向轧制力是20000kg〜120000kg。
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