CN103846305A

CN103846305A - 一种大直径管材及异形管件的制备加工方法

Info

Publication number: CN103846305A
Application number: CN201210524792.3A
Authority: CN
Inventors: 郭胜利
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: CN103846305B

Abstract

本发明属于金属加工技术领域，特别涉及一种大直径管材及异形管件的制备加工方法。本发明采用冲孔预制成空心坯料，对空心坯料进行等温或热模复合挤压；机加工挤压管坯内、外表面；将机加工管坯进行多道次强力变薄旋压，旋压为热旋或冷旋；将半成品管材进行中间热处理，中间热处理为退火或固溶处理；多道次强力变薄旋压和中间热处理反复交替进行，然后进行管材成品强旋压；对热处理后的半成品管材，进行多道次复合旋压成形，得到异形管件；对所得的管材和异形管件，酸洗和清洗后进行成品热处理。采用本发明制备加工大直径管材及异形管件，产品组织均匀、综合性能高、成形省力、附加值高，具有良好的应用推广前景和一定的经济效益和社会效益。

Description

一种大直径管材及异形管件的制备加工方法

技术领域

本发明属于金属加工技术领域，特别涉及一种大直径管材及异形管件的制备加工方法。

背景技术

镍基合金、钛合金、锆合金以及非连续体增强金属基复合材料等难变形材料使用性能优秀，具有出色和独特的使用性能，因此在航空、航天、兵器、船舶、核工业等诸多军工技术领域应用十分广泛，是现代武器装备的物质基础。难变形材料管材及异形管件在航空、航天、石油、化工、电力、核能等工业领域应用广泛。大直径管材及异形管件的制备加工方法主要有：铸造旋压管坯+旋压成形；锻造旋压管坯+旋压成形；环轧旋压管坯+旋压成形；斜轧旋压管坯+旋压成形；挤压旋压管坯+旋压成形；板材卷板焊接+旋压成形。采用板材卷板焊接+旋压成形方法制备加工大直径管材及异形管件具有成本低等优点，但焊缝的存在降低了其综合性能，产品的质量较差；铸造管坯的组织粗大，组织的均匀性较差，存在气孔、夹杂、缩孔等铸造缺陷；镍基合金等难变形材料在锻造和轧环时，变形温度难以精确控制，管坯中易出现混晶组织；低塑性非连续体增强金属复合材料锻造和轧环时，易开裂；镍基合金等难变形材料变形抗力大，采用斜轧穿孔和传统挤压方法难以加工出大直径旋压管坯。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种大直径管材及异形管件成形成性的制备加工新方法，生产高质量产品。

一种大直径管材及异形管件的制备加工方法，其具体步骤如下：

（1）将锻棒冲孔预制成空心坯料，采用等温或热模复合挤压工艺，对空心坯料进行复合挤压，制备出旋压管坯；

（2）机加工步骤（1）所得旋压管坯内外表面；

（3）将步骤（2）的旋压管坯，进行多道次强力变薄旋压，所述旋压为热旋或冷旋，得到半成品管材；

（4）将步骤（3）半成品管材进行中间热处理，所述中间热处理为退火或固溶处理；

（5）对步骤（3）和（4）反复交替进行，然后进行成品管材强旋；

（6）对步骤（4）所得的半成品管材，进行多道次复合旋压，所述多道次复合旋压为强旋和普旋，得到异形管件；

（7）对步骤（5）和（6）所得的管材和异形管件，经酸洗和清洗后进行成品热处理。

所采用的材料为镍基合金、钛合金、锆合金或非连续体增强金属基复合材料。

所述空心坯料的外径为Ф200 mm～Ф1000 mm，内径为Ф80 mm～Ф400 mm。

所述复合挤压的挤压比为1.5～10，挤压速度为0.01 mm/s～10 mm/s；旋压管坯的直径为Ф200 mm～Ф1000 mm，壁厚为10 mm～80mm，长度为300 mm～2000 mm。

当所采用的材料为钛合金或非连续体增强金属基复合材料时，采用热旋进行多道次旋压。

所述半成品管材强旋的道次减薄率为10%～40%，进给比为0.5 mm/r～2.5mm/r。

所述中间热处理间的变形量为45%～75%。

所述成品管材强旋的道次减薄率为10%～35%，进给比为0.5 mm/r～1.5 mm/r。

所述异形管件采用多道次复合旋压成形。

所述成品热处理为真空退火或固溶与时效处理。

本发明的有益效果为：

1. 挤压成形过程中材料受到三向压应力极大的发挥了材料的成形性，采用空心坯料等温或热模复合挤压，成形省力，制备的管坯组织细小均匀；

2. 避免了由于管坯组织粗大和组织均匀性差等不良组织的遗传性，引起产品组织的不均匀性；细小均匀组织管坯，有助于改善产品组织的均匀性，提高产品的综合性能；

3. 细小均匀组织管坯的成形性好，提高了旋压成形能力，有助于减少旋压裂纹等缺陷的产生，综合强旋和普旋成形加工异形管件，成形工艺简单，工序少；

4. 本发明主要针对难变形材料，但几乎可用于所有变形合金大直径管材及异形管件的加工，适用性强；

采用本发明加工的大直径管材及异形管件，成形省力，产品组织均匀性好、综合性能高。本发明为高性能、高质量、大直径管材及异形管件制备加工提供了新途径，产品可用于航空、航天和核工业等高科技领域和普通民用的各行各业，应用前景良好，具有一定的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明大直径管材及异形管件制备加工方法的工艺流程图；

图2为实施例2的异形管件结构简图；

图3为实施例3的异形管件结构简图。

具体实施方式

本发明提供了一种大直径管材及异形管件的制备加工方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的工艺流程图，如图1所示，包括：锻棒下料，冲孔，等温/热模复合挤压，机加工管坯内外表面，强旋，复合旋压（强旋+普旋），中间和成品热处理。

（1）将锻棒加热后，冲孔预制成空心坯料；冲孔预制空心坯料的外径为Ф200 mm～Ф1000 mm，内径为Ф80 mm～Ф400 mm。采用等温或热模复合挤压工艺，对空心坯料进行挤压，制备出旋压管坯。挤压温度高于1050 ℃采用热模复合挤压，低于该温度采用等温复合挤压，挤压比为1.5～10，挤压速度为0.01 mm/s～10 mm/s。

（2）将步骤（1）所得的管坯机加工，获得管坯的直径为Ф200 mm～Ф1000 mm，壁厚为10 mm～80 mm，长度为300 mm～2000 mm。

（3）将步骤（2）机加工的旋压管坯，进行多道次强力变薄旋压，旋压为热旋或冷旋，得到半成品管材。热旋主要针对室温塑性较差的材料，如钛合金和非连续体增强金属复合材料等，变薄旋压的道次减薄率为10%～40%，进给比为0.5 mm/r～2.5 mm/r。

（4）将步骤（3）半成品管材进行中间热处理，所述中间热处理为退火或固溶处理。中间热处理（退火或固溶处理）间的变形量为45%～75%。

（5）对步骤（3）和（4）反复交替进行，并进行管材成品旋压。成品旋压的道次减薄率为10%～35%，进给比为0.5 mm/r～1.5 mm/r。

（6）将步骤（4）热处理后的半成品管材，进行多道次复合旋压成形，获得变径变截面管件、多台阶管件和内加强筋管件等异形管件。

（7）酸洗和清洗步骤（5）和（6）所得管材和异形管件，然后进行热处理，热处理为真空退火或固溶与时效处理。

实施例1

加工对象为Inconel718合金管材，将Inconel718合金锻棒下料后，进行冲孔和机加工，预制成外径为Ф300 mm和内径为120 mm的空心坯料，然后进行等温复合挤压，挤压速度为1 mm/s，挤压比为3.4，挤压温度为1050 ℃，机加工后，旋压管坯的外径为Ф295 mm，壁厚为12 mm。采用三轮强力旋压机进行变薄旋压，第一道次的减薄率为18%，后续道次减薄率为25%，成品前两道次的进给比为0.7 mm/r，其他道次的进给比为1.8 mm/r，固溶处理变形量为70%，固溶温度为1065℃，在此温度下保温2 h，然后水淬。成品管材采用标准热处理制度Ⅱ：在980±10 ℃温度下保温1 h，然后空冷至室温，之后在720±5 ℃温度下保温8 h，然后以50 ℃/h降温速率炉冷至620±5℃，在此温度下保温8 h，然后空冷至室温。成品管材的外径为270 mm，壁厚为0.8 mm。

实施例2

加工对象为GH4698合金异形管件，将GH4698合金锻棒下料后，进行冲孔和机加工，预制成外径为Ф260 mm和内径为120 mm的空心坯料。用壁厚为10 mm的普炭钢包套预制空心坯料，然后进行热模复合挤压，挤压速度为1.5 mm/s，挤压比为2.7，挤压温度为1220 ℃，挤压工模具温度为950 ℃。机加工后，旋压管坯的外径为Ф256 mm，壁厚为10 mm。采用三轮强力旋压机进行变薄强力旋压，第一道次的减壁率为21%，后续道次减薄率为27%，进给比为1.5 mm/r，固溶热处理变形量为65%，固溶温度为1100 ℃，在此温度下保温1 h，然后水淬。热处理后半成品管材外径为240 mm，壁厚为2 mm。对半成品管材进行缩径旋压（普旋），进给比为1.7 mm/r，管件缩径后进行固溶处理，固溶温度为1100 ℃，在此温度下保温1 h，然后水淬。最后，对外径小的一端进行强力变薄旋压，旋压成变径变截面异形管件（见附件图2），管件的最小外径为200 mm，最小壁厚为1 mm，最大外径为220 mm，最大壁厚为2 mm。成品采用标准热处理制度为：固溶温度为1120±10 ℃，在此温度下保温8 h，之后空冷至室温，然后在1000±10 ℃温度下保温4 h，之后再次空冷至室温，然后在775±10 ℃温度下保温16 h，之后空冷至室温。

实施例3

加工对象为Monel400合金异形管件，将Monel400锻棒下料后，进行冲孔和机加工，预制成外径为420 mm和内径为180 mm的空心坯料，然后进行等温复合挤压，挤压速度为0.5 mm/s，挤压比为4.5，挤压温度为980 ℃，机加工后，旋压管坯的外径为Ф410 mm，壁厚为12mm。采用三轮强力旋压机进行变薄旋压，第一道次的减薄率为20%，后续道次减薄率为25%，进给比为2 mm/r。退火变形量为70%，退火温度为900 ℃,在此温度下保温1.5 h。热处理后半成品管材外径为396mm，壁厚为4 mm。对热处理后的管材进行三道次强力旋压带出台阶，道次减薄率为20%，然后，对多台阶异形管件进行退火，退火温度为850 ℃,在此温度下保温1 h。最后，对异形管的一端进行收口旋压，旋压成多台阶缩口异形管件（见附件图3），管件的最小壁厚为1.6mm，最大壁厚为4 mm。成品退火温度为615 ℃，在此温度下保温1 h。

实施例4

加工对象为Al₂O₃/6061铝基复合材料管材，将复合材料锻棒下料后，进行冲孔和机加工，预制成外径为420 mm和内径为180 mm的空心坯料。然后进行等温复合挤压，挤压速度为0.05 mm/s，挤压比为4.5，挤压温度为485 ℃；机加工后，复合材料旋压管坯外径为Ф410 mm，壁厚为12 mm。采用三轮强力旋压机进行变薄旋压，热旋压温度为500 ℃，第一道次的减薄率为20%，后续道次减薄率为25%，工模具预热温度为300 ℃，并采用氧-乙炔火焰喷枪补热，进给比为0. 8 mm/r，成品前两道次采用温旋，旋压温度为300 ℃，道次减薄率为25%，进给比为1 mm/r。热处理制度：固溶温度为510 ℃，在此温度下保温1 h，然后室温水淬；时效温度为165 ℃，在此温度下保温28h。复合材料管材的外径为390 mm，壁厚为3 mm。

Claims

1.一种大直径管材及异形管件的制备加工方法，其特征在于：具体步骤如下：

（2）机加工步骤（1）所得旋压管坯内外表面；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所采用的材料为镍基合金、钛合金、锆合金或非连续体增强金属基复合材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述空心坯料的外径为Ф200 mm～Ф1000 mm，内径为Ф80 mm～Ф400 mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述复合挤压的挤压比为1.5～10，挤压速度为0.01 mm/s～10 mm/s；旋压管坯的直径为Ф200 mm～Ф1000 mm，壁厚为10 mm～80 mm，长度为300 mm～2000mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所采用的材料为钛合金或非连续体增强金属复合材料时，采用热旋进行多道次旋压。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述半成品管材强旋的道次减薄率为10%～40%，进给比为0.5 mm/r～2.5 mm/r。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述中间热处理间的变形量为45%～75%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述成品管材强旋的道次减薄率为10%～35%，进给比为0.5 mm/r～1.5 mm/r。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异形管件采用多道次复合旋压成形。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述成品热处理为真空退火或固溶与时效处理。