CN110252813B - 一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，采用二辊斜轧穿孔机的定心装置将二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住；将顶杆的顶头前伸量设置为5mm～15mm，将二辊斜轧穿孔机的送进角设置为8°～15°，辗轧角设置为15°，压下率设置为7％～17％，轧辊转速设置为30r/min～40r/min；将镍基高温合金圆柱棒坯加热至1010℃～1050℃；将加热后的镍基高温合金圆柱棒坯从加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内；将顶杆的顶头对准镍基高温合金圆柱棒坯的待穿孔处，镍基高温合金圆柱棒坯在二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过顶杆。本发明将加热温度、轧辊转速、压下率和顶头前伸量的合理组合，有效避免了因合金变形抗力大引起的轧卡现象，提高了镍基高温合金实心棒坯斜轧穿孔的制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及镍基高温合金加工技术领域，特别是涉及一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法。
背景技术
斜轧穿孔是一种依靠局部、连续的塑性变形，使实心坯料变为空心管的成形工艺，因其具有材料利用率高、生产效率高、载荷小等优点，被广泛应用于无缝管的生产制造。其中，有公开专利给出了三辊斜轧穿孔制备镍基高温合金的方法。但是，三辊斜轧穿孔时，三个轧辊对坯料施加了三向压力，强烈抑制了曼内斯曼效应，使得坯料心部不易产生疏松，因而顶头和顶杆上的轴向阻力大，对顶杆系统的强度和刚度要求极高。
目前，大多数高温合金需要在穿孔前加工通孔或者盲孔，或采用铸造厚壁管坯进行穿孔以降低轧卡现象的发生，比如：专利CN105333236A、CN106378582A和CN106378365A。该种方法不但增加了制造流程，无法进一步提高材料利用率，且设备投入大。另外，少数牌号的高温合金实现了直接实心棒坯的三辊斜轧穿孔，比如专利CN105964693A和CN106180194A，以棒料计算，管件材料利用率看达到70％，但是均采用了行星轧机，不但设备投入大，而且是将棒坯的一次穿孔变形等效成若干局部变形，必须通过增加轧机数量保证管件的外径尺寸和直线度。与三辊斜轧穿孔相比，二辊斜轧穿孔技术，可有效利用材料在斜轧过程中产生的曼内斯曼效应，大大降低穿孔轴向阻力，因此，二辊斜轧穿孔工艺制备镍基高温合金管件具有重要的工业应用价值。然而，高温合金为典型的难变形材料，热加工窗口狭窄，热塑性低，热加工困难。特别是在二辊斜轧穿孔过程中，由于该合金锻透率低，极易在变形强烈的内外表层产生离层；加之其变形抗力大，若顶杆系统的强度和刚度低极易出现轧卡现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，有效避免了因合金变形抗力大引起的轧卡现象，提高了镍基高温合金实心棒坯斜轧穿孔的制作效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，所述方法包括：
采用所述二辊斜轧穿孔机的定心装置将二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有多个；
将所述顶杆的顶头前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为8°～15°，辗轧角设置为15°，压下率设置为7％～17％，轧辊转速设置为30r/min～40r/min；
采用加热炉将镍基高温合金圆柱棒坯加热至1010℃～1050℃；
将加热后的所述镍基高温合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内；
将所述顶杆的顶头对准所述镍基高温合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述镍基高温合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶杆。
可选的，所述顶杆连接有所述顶头的一端为活动端，另一端为固定端，所述定心装置采用逐次加装方式进行加装，所述定心装置的加装位置包括距所述固定端
处，距所述活动端的
处，当n大于2时，所述定心装置的位置还包括，所述相邻的两个已装定心装置之间且距靠近所述活动端的定心装置的
处，所述相邻的两个已装定心装置之间的距离定义为a，所述已装定心装置为第n次之前安装的定心装置，n为定心装置加装次数，l为所述顶杆的长度。其中，定心装置共设置为2n-1个，n为定心装置次数。对定心装置进行强度校核，当不满足刚度条件时，加装(n+1)次定心装置，直到所有定心装置均满足刚度条件。
可选的，加热镍基高温合金圆柱棒坯的加热时间t＝D×(0.6～0.8)min，其中D为圆柱坯料的直径，单位为mm。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机进行斜轧穿孔之前，将所述二辊斜轧穿孔机的导板间距设置为轧辊间距的1.05～1.1倍，其中，轧辊间距＝D×(1-压下率)。
可选的，所述方法还包括，对斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱进行空冷。
可选的，所述镍基高温合金圆柱棒坯是经过真空自耗电弧炉熔炼、锻造和机加工得到的。
可选的，所述方法包括，机加工斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱的头部和尾部。
根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明将加热温度、轧辊转速、压下率和顶头前伸量的合理组合，有效避免了因合金变形抗力大引起的轧卡现象，提高了镍基高温合金实心棒坯斜轧穿孔的制作效率；
本发明采用非均匀设置定心装置位置的方法，使定心装置的加装位置与失稳点对应，提高了定心装置对顶杆的强度和刚度，降低轧卡现象的发生率，从而提高了镍基高温合金实心棒坯斜轧穿孔的制作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法流程示意图；
图2为斜轧穿孔过程中各模具相对位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，有效避免了因合金变形抗力大引起的轧卡现象，提高了镍基高温合金实心棒坯斜轧穿孔的制作效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法流程示意图，如图1所示，本发明提供的一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，该方法包括：
步骤101：采用所述二辊斜轧穿孔机的定心装置将二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有3个，其中，第一次定心装置1个距顶杆固定端距离约为513mm；第二次定心装置为2个，分别距顶杆固定端距离约为342mm和距顶杆活动端103mm，定心装置的不均匀分布，使顶杆的失稳点和定心装置相对应，提高顶杆的稳定性，降低轧卡现象的出现；
步骤102：将所述顶杆的顶头前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为8°～15°，辗轧角设置为15°，压下率设置为7％～17％，轧辊转速设置为30r/min～40r/min；轧辊转速设置为30r/min～40r/min以避免外离层缺陷；
其中，所述顶杆的顶头前伸量具体设置为10mm，送进角具体设置为8°，压下率具体设置为13％，轧辊转速具体设置为35r/min，导板间距设置为52.2mm；
步骤103：采用加热炉将镍基高温合金圆柱棒坯加热至1010℃～1050℃；
其中，具体采用高品质镍基高温合金(GH4169)圆柱棒坯，圆柱棒坯各部位组织分布均匀，未发现夹杂、气孔等缺陷，棒坯尺寸为Φ45×280mm，加热温度具体为1040℃±10℃，加热时间为40min；所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机；所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，三个所述凸轮为顶杆的固定端，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过；
步骤104：将加热后的所述镍基高温合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内，转运时间为5s；
步骤105：将所述顶杆的顶头对准所述镍基高温合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述镍基高温合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶杆。
其中，步骤105之后，对斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱进行空冷。对所述镍基高温合金圆柱进行空冷之后，机加工斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱的头部和尾部，具体包括，切除镍基高温合金圆柱具有混晶组织的头部和尾部。
所得镍基高温合金圆柱管件外径47mm，壁厚13.5mm，径厚比为3.48，沿管材头部、中部和尾部分别取样进行金相分析，除头部和尾部外，稳态变形区域管材的轴向组织分布均匀，表层晶粒为六级均匀晶粒，心部和过渡层为五级均匀晶粒。管件总长为315mm，具有混晶组织的头部长22mm，尾部长20mm，以棒材计算，材料利用率为86.7％。
本发明通过加热温度、轧辊转速、压下率和顶头前伸量的合理组合，得到了一种无内外离层缺陷、轴向/径向组织均匀分布的镍基高温合金管件，其组织为5-6级的均匀晶粒。
另外，本发明采用二辊斜轧穿孔技术，可有效利用材料在斜轧过程中产生的曼内斯曼效应，大大降低穿孔轴向阻力，定心装置的不均匀分布，使顶杆的失稳点和定心装置相对应，提高顶杆的强度和刚度，降低轧卡现象的出现。
术语解释：
斜轧穿孔：如图2所示，斜轧穿孔指由两个同向旋转倾斜配置的轧辊201曳入圆形管坯使之作螺旋运动，穿过轴向固定顶头203形成毛管(也称荒管)的过程，其中顶杆202与顶头203相连。
送进角：在斜轧穿孔过程中，送进角是指轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的水平面上的投影的夹角，送进角如图2中α所示。
辗轧角：在斜轧穿孔过程中，辗轧角是指轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的垂直平面上的投影的夹角，辗轧角如图2中β所示。
压下率：管坯直径与辊缝直径的差与管坯直径的比值。
顶前压下率：管坯直径与顶头位置处辊缝间距的差与管坯直径的比值。
顶头前伸量：又称顶头位置，是指顶头鼻部伸出轧辊轧制带中线的距离。
径厚比：无缝管的直径与厚度的比值大小。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法包括：
采用所述二辊斜轧穿孔机的定心装置将二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有多个；所述顶杆连接有顶头的一端为活动端，另一端为固定端，所述定心装置的加装位置包括距所述固定端
处，距所述活动端的
处，顶杆的失稳点和定心装置相对应；
将所述顶杆的顶头前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为8°～15°，辗轧角设置为15°，压下率设置为7％～17％，轧辊转速设置为30r/min～40r/min；
采用加热炉将镍基高温合金圆柱棒坯加热至1010℃～1050℃；
将加热后的所述镍基高温合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内；
将所述顶杆的顶头对准所述镍基高温合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述镍基高温合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶杆。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述定心装置采用逐次加装方式进行加装，所述定心装置的加装位置包括距所述固定端
处，距所述活动端的
处，当n大于2时，所述定心装置的位置还包括，所述相邻的两个已装定心装置之间且距靠近所述活动端的定心装置的
处，所述相邻的两个已装定心装置之间的距离定义为a，所述已装定心装置为第n次之前安装的定心装置，n为定心装置加装次数，l为所述顶杆的长度。
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，加热镍基高温合金圆柱棒坯的加热时间t＝D×(0.6～0.8)min，其中D为圆柱坯料的直径，单位为mm。
4.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机。
5.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过。
6.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述二辊斜轧穿孔机进行斜轧穿孔之前，将所述二辊斜轧穿孔机的导板间距设置为轧辊间距的1.05～1.1倍，其中，轧辊间距＝D×(1-压下率)。
7.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法还包括，对斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱棒坯进行空冷。
8.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述镍基高温合金圆柱棒坯是经过真空自耗电弧炉熔炼、锻造和机加工得到的。
9.根据权利要求1所述的镍基高温合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法包括，机加工斜轧穿孔后的所述镍基高温合金圆柱棒坯的头部和尾部。
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