CN101875093A - 一种有色金属合金环件的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种有色金属合金环件的加工方法，涉及一种变形有色金属及其合金环件的加工方法。其特征在于其制备过程的步骤包括：(1)采用空心管半连续铸造机铸造出空心铸棒；(2)将铸造出的空心铸棒锯切成管坯，对管坯内外表面车除表面缺陷层；(3)将管坯进行加热均匀化处理，采用轧环机进行变形轧制成环件；(4)机加工到环件所需的精确尺寸。本发明的方法省去了用空气锤或热锻液压机制坯的过程，明显优于传统的锻造法和锻造加环轧工艺；生产工序简短、效率高、用料省、成本低、投资少，产品的尺寸精度高、性能好。
Description
技术领域
一种有色金属合金环件的加工方法，涉及一种变形有色金属及其合金环件的加工方法。
背景技术
有色合金变形环件是继板、带、箔、管、棒线、型材之后的新一类产品，其中以有色合金法兰为主要代表。
目前，国内大多数变形有色合金法兰是空气锤或夹杆锤锻打而成的，少部分有实力的厂家使用大吨位锻造液压机进行生产。选用立式水冷半连续铸造工艺制备组织致密的铝、镁、铜合金圆铸棒，然后根据环件的尺寸大小对铸棒锯切到定尺、表面扒皮，再经过均匀化处理和加热到指定温度，用锻造设备对铸棒进行墩粗、冲孔、扩孔、平整、热处理等工序制取环件毛坯。
上述锻造工艺制备的法兰所需的锻造设备吨位大，锻造过程中的冲击载荷大、产生的噪音和振动大，生产环境差；生产效率低、工人劳动强度大；变形是在冲击载荷下的局部变形，变形不连续、均匀性差，容易产生裂纹，特别是高合金化或高强有色合金，墩粗和冲孔过程中的冲击载荷和不均匀变形容易产生裂纹，如5083有色合金锻造法兰的80％废品是在圆铸棒墩粗和冲孔过程中产生的；材料利用不到70％，生产成本高。
钢铁行业使用大型的数控径轴向轧环机生产环形锻件，这种工艺相对传统的锻造法优点是环件精度高、加工余量少，轧制成形的环件几何精确度与模锻环件相当，制坯冲孔连皮小，而且无飞边材料消耗；节省材料，金属利用率通常可达90％左右；环件内部质量好；内部组织致密，晶粒细小；可生产壁厚较薄的环件；生产效率高、成本低。但是，要获得上轧环机的管坯仍需要使用大吨位的热锻液压机或水压机对进行钢坯进行高温锻造----墩粗和冲孔、然后才能在轧环机或扩孔机进行环轧，还需要大吨位锻造设备和复杂的锻造工序。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效简化加工工艺、产品性能好的有色金属合金环件的加工方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种有色金属合金环件的加工方法，其特征在于其制备过程的步骤包括：
(1)采用空心管半连续铸造机铸造出空心铸棒；
(2)将铸造出的空心铸棒锯切成管坯，对管坯内外表面车除表面缺陷层；
(3)将管坯进行加热均匀化处理，采用轧环机进行变形轧制成环件；
(4)机加工到环件所需的精确尺寸。
本发明的一种有色金属合金环件的加工方法，其特征在于所述的有色金属环件包括铝、铜、镁、铅、锌及其合金。
本发明的一种有色金属合金环件的加工方法，用半连续铸造工艺制备与环件形状相似的有色合金空心铸棒，将空心铸棒锯切成所需尺寸的管坯，然后对管坯加热到所需轧制的温度，用环轧的方法对管坯进行径向或径轴向变形轧制出环件。省去了用空气锤或热锻液压机制坯的过程；生产工序简短、效率高、用料省、成本低、投资少，产品的尺寸精度高、性能好。
具体实施方式
一种有色金属合金环件的加工方法，根据环件的大小和轧环机芯辊的尺寸，设计有色合金空心管半连续铸造机的外结晶器和内结晶器的尺寸，然后摸索合适的铸造工艺铸造出表面光洁、无裂纹的空心铸棒，然后锯切成合适尺寸的管坯，对管坯内外表面车除表面缺陷层，再用加热炉均匀化处理或加热到合适的轧制温度，将管坯放入轧环机，按适宜的轧制工艺进行变形轧制到环件所需的尺寸，再根据合金牌号的差异确定是否需要后序热处理调整性能，最后机加工到环件或法兰所需的精确尺寸。
实施例1
气体绝缘型金属封闭高压开关(GIS)需要铝合金法兰进行筒体连接，国产GIS选用5052合金材质制作法兰。以其中一种平板法兰Φ848/Φ646*h 87mm(外径/内径*高度)的空心管径轴向轧制为例。
根据5052合金的化学成分对铝、镁、铬元素进行配料，在5吨可倾式燃气熔炼炉进行熔化、在720℃精炼，除气除渣过滤后在710℃进行浇注，在外径和内径分别为405mm、215mm的结晶器中进行立式半连续水冷铸造，冷却水压为0.08MPa、浇注速度为80mm/min。
铸造得到表面光洁的Φ405/Φ215*7000mm的空心圆铸棒，分析合金的化学成分为Mg：2.6％、Cr：0.23％、Fe：0.24％、Si：0.18％、其它杂质总和＜0.15％、余量为铝；合金的晶粒度为一级，超声波探伤显示内部组织无明显的气孔、夹渣和裂纹。
将空心圆铸棒在金属带锯床上锯切成高度为230mm的管坯，在车床上对管坯的内外径分别单边车削去2.5mm的表面缺陷层，得到外径和内径分别为400mm、220mm的无表面缺陷的光洁管坯。
将管坯在控温精确的电阻炉或燃气炉加热到490±5℃保温10～12h后，用数控径轴向的轧环机对管坯进行径轴向轧制，轧制过程中使用固体或液态润滑剂进行冷却润滑，芯辊直径为200mm、轧制速度为1.2m/s，通过轧制将铸态组织充分破碎、细化晶粒，得到Φ854/Φ640*h92mm的法兰毛坯，再在车床上车削到Φ848/Φ646*h87mm成品尺寸。对法兰的力学拉伸测试强度为225MPa、延伸率为23％，略高于同类合金的锻造力学性能。
实施例2
外资或进口GIS选用5083合金材质制作法兰。以其中一种平板法兰Φ1350/Φ1100*h120mm的空心管径轴向轧制为例，其工艺过程与实例1相似。
根据5083合金的化学成分对铝、镁、锰、铬元素进行配料，在5吨可倾式燃气熔炼炉进行熔化、在730℃精炼，除气除渣过滤后在720℃进行浇注，在外径和内径分别为600mm、300mm的结晶器中进行立式半连续水冷铸造，冷却水压为0.07MPa、浇注速度为70mm/min。
铸造得到表面光洁的Φ600/Φ300空心圆铸棒，分析合金的化学成分为Mg：4.5％、Mn：0.63％、Cr：0.16％、Fe：0.21％、Si：0.15％、其它杂质总和＜0.15％、余量为铝。锯切成高度为300mm的管坯，在车床上对管坯的内外径分别单边车削去2.5mm的表面缺陷层，得到Φ595/Φ305mm管坯。
将管坯加热到500±5℃保温10～12h后，用数控径轴向的轧环机对管坯进行径轴向轧制、冷却润滑，芯辊直径为280mm，得到Φ1360/Φ1090*δ125mm的法兰毛坯，再在车床上车削到Φ1350/Φ1100*δ120mm成品尺寸；拉伸强度为大于311MPa、延伸率为17％，高于同类合金的锻造力学性能。
实施例3
以其中一种6061合金高颈法兰，大头尺寸为Φ600/Φ400*h20mm，小头尺寸Φ480/Φ400*h80mm。用实例1工艺生产的Φ405/Φ215mm的空心圆铸棒，锯切成高度为100mm的空心管坯，车皮到Φ400/Φ220mm，加热到490±5℃保温10～12h后，用立式的径向轧环机进行扩孔，主轧辊设计成带台阶的凹模，与高颈法兰的台阶相匹配，选用0.4m/s的慢速轧制，加冷却润滑剂，小道次加工率(2～5％)，多道次轧制成最终的法兰毛坯尺寸。
实施例4
以实施例3所示的高颈法兰，用卧式的径轴向轧环机进行双法兰同时轧制。用Φ405/Φ215mm的空心圆铸棒，锯切成高度为200mm的空心管坯，车皮到Φ400/Φ220mm，加热到490±5℃保温10～12h后，用卧式的径轴向轧环机轧制，主轧辊设计成中间带槽的凹模，凹模的宽度为45mm，2倍以上高颈法兰的大头台阶宽度，加冷却润滑剂，小道次加工率(2～5％)的慢速轧制，轧制成两倍于高颈法兰毛坯尺寸，然后用金属带锯将法兰锯切成两个高颈法兰。
实施例5
2024合金Φ1800/Φ1700*h300mm筒体。
根据2024合金的化学成分对铝、铜、镁、锰元素进行配料，在5吨可倾式燃气熔炼炉进行熔化、在740℃精炼，除气除渣过滤后730℃进行浇注，在外径和内径分别为600mm、300mm的结晶器中进行立式半连续水冷铸造，冷却水压为0.05MPa、浇注速度为35mm/min。对铸造的空心圆铸棒分析化学成分为Cu：4.5％、Mg：1.4％、Mn：0.65％、Fe：0.19％、Si：0.09％、其它杂质总和＜0.15％、余量为铝；合金的晶粒度为一级，超声波探伤显示内部组织无明显的气孔、夹渣和裂纹。
将空心圆铸棒在金属带锯床上锯切到高度为450mm的管坯，在车床上对管坯的内外径分别单边车削去2.5mm的表面缺陷层，得到外径和内径分别为595mm、305mm的管坯。
将管坯在控温精确的电阻炉或燃气炉加热到480±5℃保温20～24h后，用数控径轴向的轧环机对管坯进行径轴向轧制，冷却润滑，芯辊直径为280mm、轧制速度为1.2m/s，得到最终筒体的尺寸。对筒体在490℃保温2h后淬火、再191℃进行10h的时效处理，拉伸强度为470MPa、延伸率为15％。性能优于铝板材焊接的筒体。
实施例6
H68黄铜合金Φ900/Φ650*h150mm筒体。
根据H68合金的化学成分对铜、锌、镁元素进行配料，用3吨的中频感应炉在石墨坩埚中熔炼，用草木灰做保护熔剂，在1250℃精炼静置后浇注，在外径和内径分别为600mm、300mm的单个结晶器中进行立式半连续水冷铸造，冷却水压为0.07MPa、浇注速度为60mm/min。对铸造的空心圆铸棒分析化学成分为Zn：29.7％、Fe：0.08％、其它杂质总和＜0.5％、余量为铜。
将空心圆铸棒在金属带锯床上锯切到高度为300mm的管坯，在车床上对管坯的内外径分别单边车削去3mm的表面缺陷层，得到外径和内径分别为594mm、306mm的管坯。
将管坯在通氩气保护的电阻炉中加热到750±5℃保温4h后，用数控径轴向的轧环机对管坯进行径轴向轧制，冷却润滑，芯辊直径为280mm、轧制速度为1.2m/s，得到最终筒体的尺寸。筒体拉伸强度为480MPa、延伸率为13％。
实施例7
AZ31镁合金Φ870/Φ650*h400mm筒体。
根据AZ31合金的化学成分对铝、锌、镁元素进行配料，在1吨铁坩埚电阻炉进行熔化，用2号熔剂保护，在720℃精炼静置后浇注，浇注过程中含六氟化硫和二氧化碳的气体进行保护，在外径和内径分别为600mm、300mm的单个结晶器中进行立式半连续水冷铸造，冷却水压为0.06MPa、浇注速度为43mm/min。对铸造的空心圆铸棒分析化学成分为Al：3.4％、Mn：0.3％、Zn：0.65％、Fe：0.05％、其它杂质总和＜0.2％、余量为镁。
将空心圆铸棒在金属带锯床上锯切到高度为500mm的管坯，在车床上对管坯的内外径分别单边车削去4mm的表面缺陷层，得到外径和内径分别为592mm、308mm的管坯。
将管坯在通氩气保护的电阻炉中加热到480±5℃保温6h后，用数控径轴向的轧环机对管坯进行径轴向轧制，冷却润滑，芯辊直径为280mm、轧制速度为1.2m/s，得到最终筒体的尺寸。筒体拉伸强度为246MPa、延伸率为12％。
以上实施例对本发明的应用有色金属和变形环件的形状作进一步的具体说明，但是本发明并不限于以上实施例。除铝、镁、铜及其合金外，其它有色金属如铅、锌及其合金也能应用本发明加工环形件；环形件的形状可由成形轧辊上设计的孔型形状确定为圆筒体、圆环件、平板法兰、高颈法兰、异形截面环件等形状。所以，凡依据本发明之各种修饰与变化，仍应包含于本申请专利之范围内。
Claims (2)
1.一种有色金属合金环件的加工方法，其特征在于其制备过程的步骤包括：
(1)采用空心管半连续铸造机铸造出空心铸棒；
(2)将铸造出的空心铸棒锯切成管坯，对管坯内外表面车除表面缺陷层；
(3)将管坯进行加热均匀化处理，采用轧环机进行变形轧制成环件；
(4)机加工到环件所需的精确尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种有色金属合金环件的加工方法，其特征在于所述的有色金属环件包括铝、铜、镁、铅、锌及其合金。
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2010
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