CN106734203A - 一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法 - Google Patents

一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，特点是将覆层钢液加入覆层中间包中，覆层钢液在覆层浇注管与基层浇注管之间凝固成覆层金属管，将基层钢液沿着基层浇注管和隔离棒之间的环形空隙注入到覆层金属管中，在冷却结晶器的冷却下凝固形成双层复合空心棒料，对双层复合空心棒料进行二次冷却，再在双层复合空心棒料的外表面挤压出环形凹槽，并用切割机沿环形凹槽的最底部径向切断双层复合空心棒料，最后将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制，得到无料头双金属层复合空心轴；优点是简化了双层复合空心轴的生产工序，可实现大规模工业化生产，并且避免楔横轧的二次加热，达到节能降耗的目的。

Description

一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法
技术领域
本发明涉及轴类件的加工，尤其涉及一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法。
背景技术
双金属复合轴具有良好的综合性能，广泛应用于石油、化工、造船、能源、机械制造等领域，市场潜力巨大。但是，作为承受弯矩和扭矩载荷的实心轴类件，在服役时其心部材料并没有完全发挥出材料的应有作用，而随着节约型社会以及降低能源消耗的需求，需要轴类件在满足强度和刚度的条件下应尽可能地减轻本身质量。
目前双层复合空心轴的加工很多是通过双管钎焊复合得到，具体方法为：在内外层空心轴坯之间放置钎焊料，采用电感应加热或管式电炉加热的方法，使钎焊料融化而将内外层空心轴坯复合钎焊在一起得到双层复合空心轴。但是这种方法所用的内外层空心轴坯是经过多道次加工的制成品，其工效低，不利于自动化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产工序简单、材料利用率高、能够大规模工业化生产，且节能降耗的无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，本方法中所使用的连铸装置包括基层中间包、覆层中间包、隔离棒、冷却结晶器和电磁搅拌器，所述的基层中间包的下端固定设置有基层浇注管，所述的覆层中间包的下端固定设置有覆层浇注管，所述的基层浇注管同轴设置在所述的覆层浇注管内，所述的隔离棒同轴设置在所述的基层浇注管内且向下穿出所述的基层浇注管，所述的冷却结晶器同轴固定在所述的覆层浇注管上，所述的电磁搅拌器同轴安装在所述的冷却结晶器上，本方法的具体加工步骤为：
（1）、将覆层钢液加入覆层中间包中，电磁搅拌器对覆层钢液进行搅拌，同时冷却结晶器对覆层钢液进行一次冷却，使覆层钢液在覆层浇注管与基层浇注管之间凝固成外径为30～200mm的覆层金属管；
（2）、将基层钢液加入基层中间包中，电磁搅拌器对基层钢液进行搅拌，基层钢液沿着基层浇注管和隔离棒之间的环形空隙注入到覆层金属管中，并与覆层金属管内部未完全凝固部分相结合，在冷却结晶器的冷却下凝固形成内孔直径为10～100mm的双层复合空心棒料；
（3）、对双层复合空心棒料进行二次冷却，并控制双层复合空心棒料的基层内表面温度为950℃～1050℃、覆层外表面温度为750℃～800℃；
（4）、在双层复合空心棒料的内孔中插入常温且耐高温的金属棒料，金属棒料的直径比双层复合空心棒料的内孔直径小1mm左右，然后通过牵引设备牵引双层复合空心棒料沿其轴向进给；金属棒料在双层复合空心棒料的牵引过程中对其起到支撑内孔的作用，防止双层复合空心棒料在牵引过程中被压扁；
（5）、在双层复合空心棒料的外表面按设定的尺寸间隔挤压出轴向截面为半椭圆状或尖角状的环形凹槽；
（6）、切割机沿环形凹槽的最底部径向切断双层复合空心棒料，使双层复合空心棒料的两端均为圆台形；
（7）、将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制，在控制轧件的断面收缩率为50%～60%的条件下轧制得到无料头双金属层复合空心轴。
进一步地，所述的步骤（7）中，先在双层复合空心棒料中插入常温且耐高温的金属棒料，然后将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制。
本发明中，基层钢液和覆层钢液为两种不同材料的钢液。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）、将基层钢液和覆层钢液通过连铸装置直接铸造得到双层复合空心棒料，并将带有余温的双层复合空心棒料直接轧制，得到无料头双金属层复合空心轴，简化了双层复合空心轴的生产工序，操作易于自动化，提高了生产效率，可实现大规模工业化生产，并且避免了楔横轧的二次加热，达到节能降耗的目的。
（2）、由于基层浇注管设置在覆层浇注管内，覆层钢液在覆层浇注管与基层浇注管之间凝固成覆层金属管，再将基层钢液沿着基层浇注管和隔离棒之间的环形空隙注入到覆层金属管中形成双层复合空心棒料，中间过程无氧化作用，提高了双层复合界面的结合性能，为后续双层复合空心轴质量的提高奠定基础。
（3）、整个加工过程中，通过连铸得到双层复合空心棒料，并控制双层复合空心棒料从内部到表面的温度梯度，且将双层复合空心棒料的两端挤压成圆台形，使得双层复合空心棒料在楔横轧轧制时，能更好地避免端部凹心的产生，进一步地提高了产品的材料利用率，材料利用率可达到98%以上。
（4）、在楔横轧时，控制轧件的断面收缩率为50%～60%，在楔横轧大断面收缩率下轧制，可以打碎铸件枝晶，使得晶粒细化，得到高质量的轧件。
附图说明
图1为本发明的连铸装置的结构示意图；
图2为本发明的双层复合空心棒料在挤压后的结构示意图；
图3为本发明的双层复合空心棒料切断后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，本方法中所使用的连铸装置包括基层中间包1、覆层中间包2、隔离棒9、冷却结晶器3和电磁搅拌器4，基层中间包1的下端固定设置有基层浇注管11，覆层中间包2的下端固定设置有覆层浇注管21，基层浇注管11同轴设置在覆层浇注管21内，隔离棒9同轴设置在基层浇注管11内且向下穿出基层浇注管11，冷却结晶器3同轴固定在覆层浇注管21上，电磁搅拌器4同轴安装在冷却结晶器3上，本方法的具体加工步骤为：
（1）、将材料为Q235的覆层钢液5加入覆层中间包2中，电磁搅拌器4对覆层钢液5进行搅拌，同时冷却结晶器3对覆层钢液5进行一次冷却，使覆层钢液5在覆层浇注管21与基层浇注管11之间凝固成外径为30mm的覆层金属管6；
（2）、将材料为42CrMo的基层钢液7加入基层中间包1中，电磁搅拌器4对基层钢液7进行搅拌，基层钢液7沿着基层浇注管44和隔离棒9之间的环形空隙注入到覆层金属管6中，并与覆层金属管6内部未完全凝固部分相结合，在冷却结晶器3的冷却下凝固形成内孔直径为10mm的双层复合空心棒料8；
（3）、对双层复合空心棒料8进行二次冷却，并控制双层复合空心棒料8的基层81内表面温度为950℃、覆层82外表面温度为800℃；
（4）、在双层复合空心棒料8的内孔中插入常温且耐高温的金属棒料，金属棒料的直径比双层复合空心棒料8的内孔直径小1mm左右，然后通过牵引设备牵引双层复合空心棒料8沿其轴向进给；
（5）、在双层复合空心棒料8的外表面按设定的尺寸间隔挤压出轴向截面为半椭圆状或尖角状的环形凹槽83，如图2所示；
（6）、切割机沿环形凹槽83的最底部径向切断双层复合空心棒料8，使双层复合空心棒料8的两端均为圆台形，如图3所示；
（7）、将双层复合空心棒料8马上放到楔横轧机上轧制，在控制轧件的断面收缩率为50%的条件下轧制得到无料头双金属层复合空心轴。
实施例二：一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，本方法中所使用的连铸装置包括基层中间包1、覆层中间包2、隔离棒9、冷却结晶器3和电磁搅拌器4，基层中间包1的下端固定设置有基层浇注管11，覆层中间包2的下端固定设置有覆层浇注管21，基层浇注管11同轴设置在覆层浇注管21内，隔离棒9同轴设置在基层浇注管11内且向下穿出基层浇注管11，冷却结晶器3同轴固定在覆层浇注管21上，电磁搅拌器4同轴安装在冷却结晶器3上，本方法的具体加工步骤为：
（1）、将材料为45#钢的覆层钢液5加入覆层中间包2中，电磁搅拌器4对覆层钢液5进行搅拌，同时冷却结晶器3对覆层钢液5进行一次冷却，使覆层钢液5在覆层浇注管21与基层浇注管11之间凝固成外径为100mm的覆层金属管6；
（2）、将材料为42CrMo的基层钢液7加入基层中间包1中，电磁搅拌器4对基层钢液7进行搅拌，基层钢液7沿着基层浇注管44和隔离棒9之间的环形空隙注入到覆层金属管6中，并与覆层金属管6内部未完全凝固部分相结合，在冷却结晶器3的冷却下凝固形成内孔直径为50mm的双层复合空心棒料8；
（3）、对双层复合空心棒料8进行二次冷却，并控制双层复合空心棒料8的基层81内表面温度为1000℃、覆层82外表面温度为750℃；
（4）、在双层复合空心棒料8的内孔中插入常温且耐高温的金属棒料，金属棒料的直径比双层复合空心棒料8的内孔直径小1mm左右，然后通过牵引设备牵引双层复合空心棒料8沿其轴向进给；
（5）、在双层复合空心棒料8的外表面按设定的尺寸间隔挤压出轴向截面为半椭圆状或尖角状的环形凹槽83，如图2所示；
（6）、切割机沿环形凹槽83的最底部径向切断双层复合空心棒料8，使双层复合空心棒料8的两端均为圆台形，如图3所示；
（7）、将双层复合空心棒料8马上放到楔横轧机上轧制，在控制轧件的断面收缩率为55%的条件下轧制得到无料头双金属层复合空心轴。
实施例三：一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，本方法中所使用的连铸装置包括基层中间包1、覆层中间包2、隔离棒9、冷却结晶器3和电磁搅拌器4，基层中间包1的下端固定设置有基层浇注管11，覆层中间包2的下端固定设置有覆层浇注管21，基层浇注管11同轴设置在覆层浇注管21内，隔离棒9同轴设置在基层浇注管11内且向下穿出基层浇注管11，冷却结晶器3同轴固定在覆层浇注管21上，电磁搅拌器4同轴安装在冷却结晶器3上，本方法的具体加工步骤为：
（1）、将材料12Cr18Ni9Ti的覆层钢液5加入覆层中间包2中，电磁搅拌器4对覆层钢液5进行搅拌，同时冷却结晶器3对覆层钢液5进行一次冷却，使覆层钢液5在覆层浇注管21与基层浇注管11之间凝固成外径为200mm的覆层金属管6；
（2）、将材料为45#钢的基层钢液7加入基层中间包1中，电磁搅拌器4对基层钢液7进行搅拌，基层钢液7沿着基层浇注管44和隔离棒9之间的环形空隙注入到覆层金属管6中，并与覆层金属管6内部未完全凝固部分相结合，在冷却结晶器3的冷却下凝固形成内孔直径为100mm的双层复合空心棒料8；
（3）、对双层复合空心棒料8进行二次冷却，并控制双层复合空心棒料8的基层81内表面温度为1050℃、覆层82外表面温度为750℃；
（4）、在双层复合空心棒料8的内孔中插入常温且耐高温的金属棒料，金属棒料的直径比双层复合空心棒料8的内孔直径小1mm左右，然后通过牵引设备牵引双层复合空心棒料8沿其轴向进给；
（5）、在双层复合空心棒料8的外表面按设定的尺寸间隔挤压出轴向截面为半椭圆状或尖角状的环形凹槽83，如图2所示；
（6）、切割机沿环形凹槽83的最底部径向切断双层复合空心棒料8，使双层复合空心棒料8的两端均为圆台形，如图3所示；
（7）、在双层复合空心棒料中插入常温且耐高温的金属棒料，然后将双层复合空心棒料8马上放到楔横轧机上轧制，在控制轧件的断面收缩率为60%的条件下轧制得到无料头双金属层复合空心轴。
此外，上述方法也适用于材料为不同有色金属的无料头双金属层复合空心轴的加工。

Claims (2)

1.一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，其特征在于：本方法中所使用的连铸装置包括基层中间包、覆层中间包、隔离棒、冷却结晶器和电磁搅拌器，所述的基层中间包的下端固定设置有基层浇注管，所述的覆层中间包的下端固定设置有覆层浇注管，所述的基层浇注管同轴设置在所述的覆层浇注管内，所述的隔离棒同轴设置在所述的基层浇注管内且向下穿出所述的基层浇注管，所述的冷却结晶器同轴固定在所述的覆层浇注管上，所述的电磁搅拌器同轴安装在所述的冷却结晶器上，本方法的具体加工步骤为：
（1）、将覆层钢液加入覆层中间包中，电磁搅拌器对覆层钢液进行搅拌，同时冷却结晶器对覆层钢液进行一次冷却，使覆层钢液在覆层浇注管与基层浇注管之间凝固成外径为30～200mm的覆层金属管；
（2）、将基层钢液加入基层中间包中，电磁搅拌器对基层钢液进行搅拌，基层钢液沿着基层浇注管和隔离棒之间的环形空隙注入到覆层金属管中，并与覆层金属管内部未完全凝固部分相结合，在冷却结晶器的冷却下凝固形成内孔直径为10～100mm的双层复合空心棒料；
（3）、对双层复合空心棒料进行二次冷却，并控制双层复合空心棒料的基层内表面温度为950℃～1050℃、覆层外表面温度为750℃～800℃；
（4）、在双层复合空心棒料的内孔中插入常温且耐高温的金属棒料，金属棒料的直径比双层复合空心棒料的内孔直径小1mm左右，然后通过牵引设备牵引双层复合空心棒料沿其轴向进给；
（5）、在双层复合空心棒料的外表面按设定的尺寸间隔挤压出轴向截面为半椭圆状或尖角状的环形凹槽；
（6）、切割机沿环形凹槽的最底部径向切断双层复合空心棒料，使双层复合空心棒料的两端均为圆台形；
（7）、将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制，在控制轧件的断面收缩率为50%～60%的条件下轧制得到无料头双金属层复合空心轴。
2.如权利要求1所述的一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，其特征在于：所述的步骤（7）中，先在双层复合空心棒料中插入常温且耐高温的金属棒料，然后将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制。
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