CN106424501A - 基于包套的难变形材料多向锻压加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，具体涉及对难变形材料开展有效多向锻压的方法，本发明的目的是要解决难变形材料塑形加工困难，材料尺寸偏小、加工缺陷多、对模具设备要求高且力学性能差等不足，其工艺流程为：下料—径向锻压—切割出圆饼—包套预备—圆饼的热处理—包套墩粗—去除包套。本发明的包套材料可简单、灵活的参与加工过程中，三向受压的应力状态提升难变形材料的塑形，获取难变形材料较大的累积变形量，避免墩粗过程中的开裂，本发明可用于尺寸较大、微观组织及力学性能要求高的难变形块体材料的成型加工。

Description

基于包套的难变形材料多向锻压加工方法

技术领域

本发明涉及一种多向锻压加工方法，用于冶金及机械行业金属热加工过程中材料微观组织的控制，作为一种特殊的热加工包套方法，尤其是适用于难变形材料多向锻压加工的开展以及材料内部微观组织的控制情况。

背景技术

难变形材料是指高强度铝合金以及钨、钼、钽、铌、钛或其合金等材料，通常这些材料的变形抗力很大，塑性较低，用传统的变形工艺，常存在裂纹、开裂、竹节、难以成型等问题，成品率低，加热状态下也难以顺利开展成型加工。因此这类材料的生产加工一直是困扰行业发展的绊脚石。

曾苏民院士曾在高温合金涡轮盘模锻件的研制中，应用等温变形和在高应力球张量条件下变形的原理，创造“复合包套模锻”工艺，其中的复合包套是由金属套与隔热片组成，其在模锻前将模锻坯料用金属板包裹好，在坯料与金属套间隔以高温隔热片，然后一起加热和模锻，以达到降低变形抗力、细化晶粒、消除锻造裂纹、改善锻件性能、提高模具寿命的目的。在此领域已申请的相关专利有：申请号201310660651.9(一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法)，其对材料的锻造步骤为：对坯料进行包套处理；对包裹着包套的坯料进行加热；加热结束后，取下包套，然后对坯料冲孔；对坯料进行冷却，在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角；对坯料表面进行吹砂、打磨；对坯料进行包套处理；对包裹着包套的坯料进行加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料交替进行马杠扩孔和平端面，每进行两火次的马杠扩孔就进行一火次的平端面，直到坯料的尺寸达到设定坯料尺寸范围；对坯料进行包套处理，然后对包裹着包套的坯料进行加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料进行辗扩直到锻件成型。申请号201310359168.7(一种应用于超大型镍基高温合金涡轮盘锻造的包套方法)，其锻造步骤为：步骤1.将初始圆柱形高温合金坯料进行加热保温；步骤2.将加热保温后的高温合金坯料进行热包套；步骤3.热包套后的高温合金坯料回炉进行加热保温。申请号200710163799.6(难变形高温合金复合包套方法)，其对于难变形高温合金复合的包套方法为：在坯料上直接涂刷玻璃润滑剂，再在坯料外表面包覆一层硅酸铝纤维毡，外罩不锈钢套进行复合包套。申请号200710042561.8(一种高温合金的模锻方法)，其锻造步骤为：a)模锻坯绝热保温，采用绝热棉包覆模锻坯，b)模锻坯加热，将包覆绝热棉的模锻坯放入加热炉中加热、保温，加热温度900～1200℃，保温时间≥30分钟，c)模具加热，将模具装入压机，在压机的加热炉内将模具加热到600～650℃的工作温度，d)模锻，模锻坯出加热炉输送至油压机或水压机进行模锻，变形量为40～80％，模锻速度为1～5mm/s。申请号201510028183.2(一种近等温模锻制备TiAl合金构件的方法)，其制造步骤为：准备TiAl合金铸锭、均匀化热处理、热等静压、包套锻造、车削加工、近等温模锻，得到TiAl合金构件。

以上相关文献资料的整理可见，为克服高温合金难变形加工的问题，相关包套加工方法已有应用，但其均在锻造前就对待加工材料进行包套处理，应用包套的主要作用也是对待加工材料进行绝热保温。此既增加了锻造操作的难度，含有保温材料的包套还使锻造过程中的待加工材料应力状态变复杂，并非难变形材料的简单易实现锻造方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种包套简单、灵活参与加工过程中的多向锻压加工方法，三向受压的应力状态提升难变形材料的塑形，获取难变形材料较大的累积变形量，避免墩粗过程中的开裂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，包括如下步骤：

步骤1，选取难变形材料的棒料作为初始材料；

步骤2，对所述棒料在其直径方向进行锻压拔长加工形成拔长棒；

步骤3，对所述拔长棒进行机加工切割出若干个一定厚度的圆柱形饼材，并对所述圆柱形饼材进行去应力退火热处理；

步骤4，选取内径略大于拔长棒直径，高度等于所述圆柱形饼材厚度的金属环作为包套材料；

步骤5，将所述包套材料置于锻压机压力中心位置，并将去应力退火热处理后的待加工圆柱形饼材放入所述包套材料内，然后进行墩粗加工；

步骤6，机加工去除所述包套材料，获得成型材料。

优选的，步骤2中所述的拔长加工包括一次或多次径向加工。

优选的，步骤5中所述的墩粗加工包括一次或多次墩粗下压。

优选的，墩粗下压加工过程中，还包括将所述圆柱形饼材放回加热炉内保温一段时间再进行墩粗加工。

优选的，所述拔长加工的累积拔长形变量为10％～80％。

优选的，所述拔长加工的累积墩粗压下量为10％～80％。

优选的，所述圆柱形饼材的厚度为其直径的0.1～2.0倍。

优选的，所述金属环的内径为所述拔长棒直径的1.05～1.2倍。

优选的，所述难变形材料为高强度铝合金；或为钨、钼、钽、铌或钛；或为钨、钼、钽、铌、钛中的两种或两种以上材料的合金材料。

优选的，所述包套材料为高中碳钢、钛合金、难熔金属中的一种，且所述包套材料的塑性次于所述初始材料。

本发明的目的是要解决难变形材料塑形加工困难，材料尺寸偏小、加工缺陷多、对模具设备要求高且力学性能差等不足，工艺流程为：下料—径向锻压—切割出圆饼—包套预备—圆饼的热处理—包套墩粗—去除包套。由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

1、本发明的包套材料简单、灵活的参与加工过程中，且可优化难变形材料的性能。

2、本发明使待加工材料呈三向受压应力状态提升了待加工材料的塑性，避免墩粗过程中的开裂，可用于尺寸较大、微观组织及力学性能要求高的难变形块体材料的加工制造。

3、本发明使待加工材料呈三向受压的应力状态，保证待加工材料内微观组织的稳定，可获取无加工取向的材料微观组织，获取微观组织及综合性能优良的材料。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于包套的难变形材料多向锻压加工方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的难变形材料的径向锻压示意图；

图3是本发明的难变形材料的包套墩粗加工示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，具体包括以下步骤：

步骤1，选取难变形材料的棒料作为初始材料；

步骤2，对所述棒料在其直径方向进行锻压拔长加工形成拔长棒；

步骤3，对所述拔长棒进行机加工切割出若干个一定厚度的圆柱形饼材，并对所述圆柱形饼材进行去应力退火热处理；

步骤4，选取内径略大于拔长棒直径，高度等于所述圆柱形饼材厚度的金属环作为包套材料；

步骤5，将所述包套材料置于锻压机压力中心位置，并将去应力退火热处理后的待加工圆柱形饼材放入所述包套材料内，然后进行墩粗加工；

步骤6，机加工去除所述包套材料，获得成型材料。

如下结合具体的难变形材料对本发明做进一步的说明。

实施例1：

选取直径120㎜的7系铝合金棒料为初始材料；首先对其进行径向锻压加工，如图2所示，(具体的，如图2所示是本发明的难变形材料的径向锻压示意图，径向锻压装置包括径向锻上模具21，加工中的棒料22和径向锻下模具23)，单次径向加工变形量约10％，控制累积拔长变形量达到60％，其直径变为76㎜；对拔长后的棒料线切割出若干个厚度30㎜的饼材；另选取高度30㎜、壁厚3㎜、内径80㎜的钛管作为中间包套；对切割出的铝合金饼材进行热处理，热处理工艺为加热温度450℃+30min保温；锻压加工前将中间包套材料置于锻压机压力中心位置，将保温结束后的铝合金饼材迅速置于包套内，后直接墩粗加工，如图3所示(具体的，如图3所示是本发明的难变形材料的包套墩粗加工示意图，墩粗加工装置包括上砥铁31，待加工饼材32，包套33和下砥铁34)。为使墩粗加工的顺利进行，在墩粗过程中可将加工料放回加热炉内保温5min，以达到累积墩粗压下量60％；墩粗加工过程中包套也随待物料一块被加工，完成后机加工去除钛包套，获得无裂痕的铝合金饼材，饼材直径约为120㎜，厚度12㎜。由于中途包套的多向锻压加工，此铝合金经历了60％+60％变形量的塑性加工：其平均晶粒尺寸变为原始坯料的约60％，抗拉强度提升30％，延伸率提升20％，达到了良好的材料成型及性能提升目的。

实施例2：

选取直径90㎜的纯钨棒料为初始材料；首先对其进行径向锻压加工，如图2所示，单次径向加工变形量约5％，控制累积拔长变形量达到50％，其直径变为64㎜；对拔长后的棒料线切割出若干个厚度20㎜的饼材；另，选取高度20㎜、壁厚3㎜、内径66㎜的强化钨合金作为中间包套；对切割出的纯钨饼材进行热处理，热处理工艺为加热温度1300℃+30min保温；锻压加工前将中间包套材料置于锻压机压力中心位置，将保温结束后的纯钨饼材迅速置于包套内，后直接墩粗加工，如图3所示。为使墩粗加工的顺利进行，在墩粗过程中可将加工料放回加热炉内保温10min，以达到累积墩粗压下量50％；墩粗加工过程中包套也随待物料一块被加工，加工完成后机加工去除钨合金包套，获得无裂痕的纯钨饼材，饼材直径约为90㎜，厚度10㎜。由于中途包套的多向锻压加工，此纯钨块体经历了50％+50％变形量的塑性加工：其平均晶粒尺寸变为原始坯料的约70％，抗拉强度提升15％，延伸率提升10％，达到了良好的材料成型及性能提升目的。

实施例3：

选取直径80㎜的烧结态TZM合金棒料为初始材料；首先对其进行径向锻压加工，如图2所示，单次径向加工变形量约5％，控制累积拔长变形量达到40％，其直径变为62㎜；对拔长后的棒料线切割出若干个厚度40㎜的饼材；另，选取高度40㎜、壁厚2㎜、内径65㎜的钨环作为中间包套；对切割出的TZM合金进行热处理，热处理工艺为加热温度1500℃+30min保温；锻压加工前将中间包套材料置于锻压机压力中心位置，将保温结束后的TZM合金饼材迅速置于包套内，后直接墩粗加工，如图3所示。为使墩粗加工的顺利进行，在墩粗过程中可将加工料放回加热炉内保温7min，以达到累积墩粗压下量40％；墩粗加工过程中包套也随待物料一块被加工，加工完成后机加工去除钨环包套，获得无裂痕的TZM饼材，饼材直径约为80㎜，厚度24㎜。由于中途包套的多向锻压加工，此TZM合金经历了40％+40％变形量的塑性加工：其平均晶粒尺寸变为原始坯料的约80％，抗拉强度提升15％，延伸率提升10％，达到了良好的材料成型及性能提升目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，包括：

步骤1，选取难变形材料的棒料作为初始材料；

步骤2，对所述棒料在其直径方向进行锻压拔长加工形成拔长棒；

步骤3，对所述拔长棒进行机加工切割出若干个一定厚度的圆柱形饼材，并对所述圆柱形饼材进行去应力退火热处理；

步骤4，选取内径略大于拔长棒直径，高度等于所述圆柱形饼材厚度的金属环作为包套材料；

步骤5，将所述包套材料置于锻压机压力中心位置，并将去应力退火热处理后的待加工圆柱形饼材放入所述包套材料内，然后进行墩粗加工；

步骤6，机加工去除所述包套材料，获得成型材料。

2.根据权利要求1所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，步骤2中所述的拔长加工包括一次或多次径向加工。

3.根据权利要求1所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，步骤5中所述的墩粗加工包括一次或多次墩粗下压。

4.根据权利要求3所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，墩粗下压加工过程中，还包括将所述圆柱形饼材放回加热炉内保温一段时间再进行墩粗加工。

5.根据权利要求2所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述拔长加工的累积拔长形变量为10％～80％。

6.根据权利要求3所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述拔长加工的累积墩粗压下量为10％～80％。

7.根据权利要求1所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述圆柱形饼材的厚度为其直径的0.1～2.0倍。

8.根据权利要求1所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述金属环的内径为所述拔长棒直径的1.05～1.2倍。

9.根据权利要求1所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述难变形材料为高强度铝合金；或为钨、钼、钽、铌或钛；或为钨、钼、钽、铌、钛中的两种或两种以上材料的合金材料。

10.根据权利要求9所述的基于包套的难变形材料多向锻压加工方法，其特征在于，所述包套材料为高中碳钢、钛合金、难熔金属中的一种，且所述包套材料的塑性次于所述初始材料。