CN102689157B - 铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整；所述液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为液相线以上50-80℃，加压速度为50-80mm/s，充型时间1-6s，比压为150-250MPa，并在该压力下保压35-150s，得到近终截面环坯；所述等温轧制为：近终截面环坯温度为750-850℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制。本发明的铜合金异截面环件液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铜合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

Description

铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法

技术领域

本发明涉及一种具有复杂截面的金属环件的短流程加工成形方法，具体的涉及一种铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法。

背景技术

采用铜合金制作的异形截面环件主要用于汽车、油气、航空等领域，工作环境恶劣。特殊的使用环境对环件的尺寸精度和综合力学性能提出了苛刻的要求：一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后续机加成形，浪费大量人力物力的同时严重降低环件使用性能；另一方面要求零件具有优异的组织状态以达到综合力学性能的要求。

目前，复杂截面环件的制备通常采用热轧制（也称作热辗扩）与机械切削加工联合完成。该工艺基于成形锭坯轧制出矩形截面的环坯，再通过机械切削将矩形截面加工成所需要的复杂截面。主要加工工艺流程为：冶炼→开坯→下料→镦粗→冲孔→热轧制→热处理→机械加工。该工艺存在以下几个方面的问题：

1）流程冗长，工序繁多，生产效率低；

2）辗扩环坯需冲孔制备，且最终截面形状需通过切削多余敷料保证，材料利用率低；

3）机械加工过程切断金属流线，导致环件综合力学性能下降；

4）制备过程需反复加热，导致晶粒粗大，表面氧化严重，能源损耗大。

公开号为CN 101817134A的中国专利公开了一种金属环件短流程铸辗复合成形的方法，该金属环件短流程铸辗复合成形的方法虽然在一定程度上满足生产流程短，节省能源、材料和人力的有益效果，但是该方法采用离心铸造环坯，无法满足复杂截面环件的加工要求，且生产得到的金属环件的综合力学性能还达不到如运载火箭的使用要求。

鉴于此，本发明旨在探索一种铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铜合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铜合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铜合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铜合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

要实现上述技术目的，本发明的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整；

所述液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为液相线以上50-80 ℃，加压速度为50-80 mm/s，充型时间1-6s，比压为150-250MPa，并在该压力下保压35-150 s，得到近终截面环坯；

所述等温轧制为：经均匀化的近终截面环坯升温至750-900 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制。

进一步，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，并预热至100-150 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度10-20微米，然后继续预热液态模锻模具至200-250 ℃；

进一步，所述等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5-0.6V_径向，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm 时，轴向轧辊抬起；

进一步，轧制模具与坯料温差为±10℃；

进一步，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值；

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，所述等温轧制的辗扩比≥1.4，轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°。

本发明的有益效果为：

本发明的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本发明的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

第一实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为HMn58-2铜合金，其化学成分（wt. %）为：Cu：58.9，Pb：0.03，Mn：1.6，Fe：0.85，Ni：0.3，其余为Zn，采用该铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：其具体工艺过程为：将配比好的铜、铁、锰装入已预热成暗红色的坩埚中；装料次序：用少量铜铺底，然后放铁，铁上放锰，最上面放铜；在弱氧化性气氛中快速熔化；合金熔化后仔细搅拌使成分均匀，然后加入少量铜；当合金温度达到1050 ℃时将已预热好的锌块压入合金液内部，升温至1080 ℃时停止鼓风，略加搅拌后取样作含气试验，合格后静置，直至温度降至液态模锻的浇注温度970 ℃。

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为970 ℃，加压速度为80 mm/s，充型时间1 s，比压为200MPa，并在该压力下保压120 s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度18微米，继续预热液态模锻模具至250℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至620 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制：均匀化后加热实施等温热轧制过程，经均匀化的近终截面环坯升温至850 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为850 ℃，其与近终截面环坯的温差为0℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.6V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差50 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

4、热处理为：经等温轧制得到的环坯在350 ℃保温1 h，随炉冷却。

5、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第二实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为HMn58-2铜合金，其化学成分（wt. %）为：Cu：57.6，Pb：0.05，Mn：1.3，Fe：0.35，Ni：0.1，其余为Zn，采用该铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：其具体工艺过程为：将配比好的铜、铁、锰装入已预热成暗红色的坩埚中；装料次序：用少量铜铺底，然后放铁，铁上放锰，最上面放铜；在弱氧化性气氛中快速熔化；合金熔化后仔细搅拌使成分均匀，然后加入少量铜；当合金温度达到1050 ℃时将已预热好的锌块压入合金液内部，升温至1120 ℃时停止鼓风，略加搅拌后取样作含气试验，合格后静置，直至温度降至液态模锻的浇注温度900 ℃。

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度900 ℃，加压速度为65 mm/s，充型时间6s，比压为150MPa，并在该压力下保压150 s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至120℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度10微米，继续预热液态模锻模具至220℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至625 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制：均匀化后加热实施热轧制过程，经均匀化的近终截面环坯升温至800 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为810 ℃，其与近终截面环坯的温差为10℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

4、热处理为：经等温轧制得到的环坯在350 ℃保温1 h，随炉冷却。

5、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第三实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为HMn58-2铜合金，其化学成分（wt. %）为：Cu：59.6，Pb：0.05，Mn：1.7，Fe：0.35，Ni：0.1，其余为Zn，采用该铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：其具体工艺过程为：将配比好的铜、铁、锰装入已预热成暗红色的坩埚中；装料次序：用少量铜铺底，然后放铁，铁上放锰，最上面放铜；在弱氧化性气氛中快速熔化；合金熔化后仔细搅拌使成分均匀，然后加入少量铜；当合金温度达到1050 ℃时将已预热好的锌块压入合金液内部，升温至1100 ℃时停止鼓风，略加搅拌后取样作含气试验，合格后静置，直至温度降至液态模锻的浇注温度950 ℃。

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为950 ℃，加压速度为70 mm/s，充型时间4s，比压为170MPa，并在该压力下保压135 s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度20微米，继续预热液态模锻模具至200℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至630 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制：均匀化后加热实施热轧制过程，经均匀化的近终截面环坯升温至830 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为820 ℃，其与近终截面环坯的温差为-10℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.55V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差40 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

4、热处理为：经等温轧制得到的环坯在350 ℃保温1 h，随炉冷却。

5、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=1.4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第四实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为QBe2铍青铜合金，其化学成分（wt. %）为：Al：0.15，Be：1.92，Si：0.05，Pb：0.005，Fe：0.05，Ni：0.3，杂质：0.3其余为Cu，采用该QBe2铍青铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：将配制好的铜合金材料在烘箱中预热，随后在真空炉中将铍青铜合金高温熔化，加入脱氧剂、精炼剂等精炼，然后将铍青铜合金溶液冷却到浇注温度1080℃，保温10min；

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1080 ℃，加压速度为50mm/s，充型时间6s，比压为250MPa，并在该压力下保压35 s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度10微米，继续预热液态模锻模具至250℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至790 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制为：均匀化后实施热等温轧制过程，经均匀化的近终截面环坯温度为800 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为790 ℃，其与近终截面环坯的温差为-10℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.55V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差40 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

5、热处理为：经等温轧制得到的环坯在780 ℃保温30 min后水淬，随后升温至320 ℃保温2h后空冷。。

5、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=1.4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第五实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为QBe2铍青铜合金，其化学成分（wt. %）为：Al：0.13，Be：2.03，Si：0.15，Pb：0.003，Fe：0.12，Ni：0.3，杂质：0.2其余为Cu，采用该QBe2铍青铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：将配制好的铜合金材料在烘箱中预热，随后在真空炉中将铍青铜合金高温熔化，加入脱氧剂、精炼剂等精炼，然后将铍青铜合金溶液冷却到浇注温度1000℃，保温10min；

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1000 ℃，加压速度为70 mm/s，充型时间1s，比压为150MPa，并在该压力下保压100 s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度20微米，继续预热液态模锻模具至200℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至790 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制为：均匀化后实施热等温轧制过程，经均匀化的近终截面环坯温度为750 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为760 ℃，其与近终截面环坯的温差为10℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.6V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差50 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

5、热处理为：经等温轧制得到的环坯在780 ℃保温30 min后水淬，随后升温至320 ℃保温2h后空冷。

6、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第六实施例

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整。本实施例的铜合金为QBe2铍青铜合金，其化学成分（wt. %）为：Al：0.15，Be：1.85，Si：0.05，Pb：0.005，Fe：0.05，Ni：0.2，杂质：0.3其余为Cu，采用该QBe2铍青铜合金的异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法的具体工艺步骤如下：

1、熔炼：将配制好的铜合金材料在烘箱中预热，随后在真空炉中将铍青铜合金高温熔化，加入脱氧剂、精炼剂等精炼，然后将铍青铜合金溶液冷却到浇注温度1030℃，保温10min；

2、液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1030 ℃，加压速度为60mm/s，充型时间2s，比压为200MPa，并在该压力下保压60s，得到近终截面环坯。比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至130℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度15微米，继续预热液态模锻模具至220℃，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使铜合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

3、均匀化为：将液态模锻得到的近终截面环坯冷却至790 ℃时，保温3 h。

4、等温轧制为：均匀化后实施热等温轧制过程，经均匀化的近终截面环坯温度为780 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具的温度为780 ℃，其与近终截面环坯的温差为0℃。等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30 mm 时，轴向轧辊抬起。优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

5、热处理为：经等温轧制得到的环坯在780 ℃保温30 min后水淬，随后升温至320 ℃保温2h后空冷。

5、精整：本实施例的精整采用冷精整。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；

进一步，轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度。

本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼铜合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，并将环坯直接辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，铜合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；

3）液锻环坯组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。

4）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

5）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：包括熔炼→液态模锻→均匀化→等温轧制→热处理→精整；

所述液态模锻为：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铜合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为液相线温度以上50-80 ℃，加压速度为50-80 mm/s，充型时间1-6 s，比压为150-250 MPa，并在该压力下保压35-150 s，得到近终截面环坯；

所述等温轧制为：经均匀化的近终截面环坯温度为750-850 ℃时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制；

所述精整为冷精整。

2.根据权利要求1所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，并预热至100-150 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，涂层厚度10-20微米，然后继续预热液态模锻模具至200-250 ℃。

3.根据权利要求1所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5 V_径向～0.6V_径向，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm 时，轴向轧辊抬起。

4.根据权利要求3所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：轧制模具与坯料温差为±10℃。

5.根据权利要求3所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

6.根据权利要求1-5任一项所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

7.根据权利要求1所述的铜合金异截面环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述等温轧制的辗扩比≥1.4，轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°。