CN112024843B - 一种铜合金轴套零件半固态反挤压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴套零件半固态反挤压方法，属于半固态成形领域。本发明所述方法为：将合金材料经过SIMA法制得的半固态坯料加热至固相线温度以上并保温，然后放入预热的模具内进行反挤压成形并保压，对反挤压后零件进行水淬，最后进行短时固溶时效热处理。本发明所述方法采用半固态反挤压成形的方法，生产效率高、能耗低、产品质量高、材料利用率高、易于实现机械化和自动化生产。

Description

一种铜合金轴套零件半固态反挤压方法

技术领域

本发明涉及一种轴套零件半固态反挤压方法，属于半固态成形领域。

背景技术

半固态加工技术即在金属凝固过程中通过控制固液温度区间或者进行剧烈搅拌得到一种金属母液中存在一定悬浮固相颗粒的固液混合浆料的加工方法，而固液混合浆料称作为半固态浆料。传统铸造方法生产出来的铜合金轴套零件一方面由于液态成形组织不均匀，容易产生缩孔、缩松等缺陷；另一方面存在材料利用率低，容易产生废料。与传统铸造相比半固态加工得到的半固态浆料黏度比液态金属高，容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，改善表面光洁度，容易实现自动化和形成新加工工艺。

本发明采用反挤压的方式进行半固态的挤压，能够有效的消除正挤压过程中存在的轴套零件液相富集现象，达到改善轴套零件组织和性能的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有轴套制备方法中材料利用率低、力学性能差、生产周期长等问题，提供一种半固态反挤压铸造轴套零件的成形方法，实现了半固态浆料加工的连续性，进而实现多种形状工件的连续生产，提高生产效率，具体包括以下步骤：

（1）将合金坯料采用冷轧-重熔SIMA法制备半固态浆料。

（2）将制备好的合金半固态浆料进行定量切割。

（3）将切割后的半固态浆料进行二次加热，随后放入预热的模具内进行反挤压成形并保压。

（4）对挤压后轴套零件进行快速水淬。

（5）对水淬后轴套零件进行短时固溶时效处理。

所述步骤（1）中冷轧-重熔SIMA法制备的浆料中，轧制变形量为30%-60%，重熔温度为1/2（T_S+T_L），T_S为合金固相线温度，T_L为合金液相线温度，重熔时间为5-10min，冷却方式为水冷。

所述步骤（2）中切割试样大小为：长70-85mm；宽：20-30mm；高；20-30mm。

所述步骤（3）中二次加热温度为合金固相线10-30℃，加热时间为15-25min；模具预热温度为0.4-0.6T_S，T_S为合金固相线温度；挤压压力为30-60T，挤压速度为：15-30mm/s，保压时间为5-25s。

所述步骤（3）中所述模具包括上模板1、上固定板2、凸模3、凹模4、轴套零件5、套筒6、弹簧7、导柱8、上圆盘9、下圆盘10、下模板11、隔热板12、压机顶杆13、推杆14、卸料板15、卸料弹簧16、固定杆17；凸模3通过固定板2固定在上模板1的下表面，凹模4固定在下模板11上，下模板11固定在液压机工作台上面，凹模4的上面设有一个小空腔，小空腔对应凸模3，凹模4下面设有一个大空腔，上圆盘9与下圆盘10位于凹模4的大空腔内，上圆盘9与下圆盘10之间为可拆卸连接，下圆盘10的下表面与下模板11的上表面之间接触但不连接，推杆14底端以法兰边形式固定在上圆盘9与下圆盘10之间，从下往上依次穿过下圆盘10、上圆盘9、弹簧7、套筒6，凸模3、凹模型腔、推杆14、套筒6和弹簧7位于凹模4中央，凸模3、推杆14、压机顶杆13在一条直线上，上圆盘9与下圆盘10通过导柱8定位；凸模3穿过卸料板15与其间隙配合，卸料板15通过固定杆17固定，固定杆17上设有卸料弹簧16，起到卸料的作用。

所述步骤（3）中所述模具：套筒6、弹簧7在挤压过程中能给到零件反作用力。

所述步骤（3）中所述模具：凹模4通过螺栓固定在下模板11上，下模板11与隔热板12通过T型板固定在液压机工作台上面。

所述步骤（3）中所述模具：凸模3、凹模4、套筒6模具材料选用H13模具钢。

所述步骤（5）中 中短时固溶时效处理过程中：根据热分析确定固溶温度和时效温度，固溶时间为1~3小时，时效时间为1~6小时。

本发明的目的：采用反挤压的方式所需要的挤压力较小，在挤压过程中由于模具压头直接插入到浆料中，浆料充型时收到剪切的作用能够达到细化晶粒的效果，浆料能够充分的得到运动，使轴套零件整体的组织都均匀，不存在液相聚集的现象，固溶时效的方式能够有效的提高性能，同时Sn元素在固相中的固溶效果好，改善了元素偏析，使组织变得均匀化。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用SIMA法制备半固态坯料，通过多次换向轧制增加变形量，增大了变形程度，得到的半固态组织细化程度增加，提高了产品质量。

（2）本发明采用反挤压方式成形，采用反挤压的方式能够有效的使半固态中的固液相均匀混合，同时在挤压时由于凸模与浆料相互作用能够使细化晶粒。

（3）本发明所选浆料为半固态金属浆料，在挤压过程中，所需挤压力较小，可实现近终成形，减少了机械加工，而且成形件组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，同时与液态成形相比避免了挤压过程中的湍流、喷溅等问题。

（4）本发明挤压成形后的轴套零件直接进行水淬，然后对轴套零件进行短时固溶时效处理，能有效的提高材料力学性能，改善成分偏析和组织均匀性。

（5）本发明所述模具在挤压过程中由于有弹簧的存在对零件产生反作用力，能够有效的提高轴套零件的质量，而且操作简单、控制方便。

（6）本发明所述模具套筒、弹簧及复位杆的配合使用，实现了零件的成型、脱模及模具复位的机械化流水作业，利用卸料板能够有效的解决传统挤压模具中零件脱模困难的问题，对于挤压铸造小型铜合金轴套零件具有一定的指导意义。

（7）本发明所述模具采用反挤压结构，同时自带卸料机构，能够实现自动化控制，降低人工成本，半固态近最终成形能够有效提高材料利用率，节约成本。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明所述反挤压成形的模具结构示意图。

图3是本发明所述实施例1的半固态ZCuSn10P1轴套零件及微观组织。

图2中：1-上模板；2-上固定板；3-凸模（压头）；4-凹模；5-轴套零件；6-套筒；7-弹簧；8-导柱；9-上圆盘；10-下圆盘；11-下模板；12-隔热板；13-压机顶杆；14-推杆；15-卸料板；16-卸料弹簧；17-固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例1~2中所述步骤（2）中所述模具如图2所述，包括上模板1、上固定板2、凸模3、凹模4、轴套零件5、套筒6、弹簧7、导柱8、上圆盘9、下圆盘10、下模板11、隔热板12、压机顶杆13、推杆14、卸料板15、卸料弹簧16、固定杆17；凸模3通过固定板2固定在上模板1的下表面，凹模4固定在下模板11上，下模板11固定在液压机工作台上面，凹模4的上面设有一个小空腔，小空腔对应凸模3，凹模4下面设有一个大空腔，上圆盘9与下圆盘10位于凹模4的大空腔内，上圆盘9与下圆盘10之间为可拆卸连接，下圆盘10的下表面与下模板11的上表面之间接触但不连接，推杆14底端以法兰边形式固定在上圆盘9与下圆盘10之间，从下往上依次穿过下圆盘10、上圆盘9、弹簧7、套筒6，凸模3、凹模型腔、推杆14、套筒6和弹簧7位于凹模4中央，凸模3、推杆14、压机顶杆13在一条直线上，上圆盘9与下圆盘10通过导柱8定位；凸模3穿过卸料板15与其间隙配合，卸料板15通过固定杆17固定，并通过卸料弹簧16起到卸料的作用；所述凹模4通过螺栓固定在下模板11上，下模板11与隔热板12通过T型板固定在液压机工作台上面；所述凸模3、凹模4、套筒6模具材料选用H13模具钢。

实施例1

本发明的轴套零件半固态反挤压方法在ZCuSn10P1（876.1℃-1024℃）中应用（见图1、图2、图3）：

（1）将ZCuSn10P1轧制累积30%变形量，然后在950℃下，加热7min，然后水冷。

（2）将ZCuSn10P1半固态浆料切割成30 mm × 30 mm × 70 mm规格的块体进行，然后在890℃下二次加热，加热时间为15min；同时将模具预热至450℃。

（3）将保温后的ZCuSn10P1铜合金半固态坯料倒入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以15mm/s挤压速度进行挤压，挤压结束后保压25s。

（4）将挤压后轴套零件水淬，然后进行750℃固溶1h水淬+350℃时效1h空冷固溶时效处理，获得最终零件，其抗强度可以达到422MPa。

实施例2

本发明的轴套零件半固态反挤压方法在7075铝合金（540℃-638℃）中应用（见图1、图2）：

（1）将7075铝合金轧制累积45%变形量，然后在589℃下，加热10min，然后水冷。

（2）将7075铝合金半固态浆料切割成25 mm × 25 mm × 75 mm规格的块体进行，然后在560℃下二次加热，加热时间为25min；同时将模具预热至300℃。

（3）将保温后的7075铝合金半固态浆料倒入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以20mm/s挤压速度进行挤压，挤压结束后保压20s。

（4）将挤压后得到的轴套零件进行快速水淬，然后进行470℃固溶1h水淬+125℃时效6h空冷固溶时效处理，获得轴套零件，7075铝合金抗拉强度可以达到550Mpa左右。

实施例3

本发明的轴套零件半固态反挤压方法在6061铝合金（582℃-652℃）中应用（见图1、图2）：

（1）将6061铝合金轧制累积55%变形量，然后在617℃下，加热6min，然后水冷。

（2）将6061铝合金半固态浆料切割成20 mm × 20 mm × 80 mm规格的块体进行，然后在600℃下二次加热，加热时间为20min；同时将模具预热至320℃。

（3）将保温后的7075铝合金半固态浆料倒入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以25mm/s挤压速度进行挤压，挤压结束后保压15s。

（4）将挤压后得到的轴套零件进行快速水淬，然后进530℃固溶2 h水淬+180℃时效6 h空冷固溶时效处理，获得轴套零件，6061铝合金可以达到350Mpa。

本实施例制备得到的轴套零件表面光洁、尺寸精确、无裂纹等缺陷，且晶粒尺寸相对均匀，固液两项分布均匀，Sn元素偏析现象显著改善，力学性能显著提升。

Claims (3)

1.一种轴套零件半固态反挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将合金坯料采用冷轧-重熔SIMA法制备半固态浆料，其中冷轧为多次换向轧制；

（2）将制备好的合金半固态浆料进行定量切割；

（3）将切割后的半固态浆料进行二次加热，随后放入预热的模具内进行反挤压成形并保压；

（4）对挤压后轴套零件进行快速水淬；

（5）对水淬后轴套零件进行短时固溶时效处理；

所述步骤（1）中冷轧-重熔SIMA法制备的浆料中，轧制变形量为30%-60%，重熔温度为1/2（T_S+T_L），T_S为合金固相线温度，T_L为合金液相线温度，重熔时间为5-10min，冷却方式为水冷；

所述步骤（3）中，二次加热温度为合金固相线以上10-30℃，加热时间为15-25min；模具预热温度为0.4-0.6T_S，T_S为合金固相线温度；挤压压力为30-60T，挤压速度为：15-30mm/s，保压时间为5-25s；

所述步骤（3）中所述模具为反挤压模具，包括上模板（1）、上固定板（2）、凸模（3）、凹模（4）、套筒（6）、弹簧（7）、导柱（8）、上圆盘（9）、下圆盘（10）、下模板（11）、隔热板（12）、压机顶杆（13）、推杆（14）、卸料板（15）、卸料弹簧（16）、固定杆（17）；凸模（3）通过固定板（2）固定在上模板（1）的下表面，凹模（4）固定在下模板（11）上，下模板（11）固定在液压机工作台上面，凹模（4）的上面设有一个小空腔，小空腔对应凸模（3），凹模（4）下面设有一个大空腔，上圆盘（9）与下圆盘（10）位于凹模（4）的大空腔内，上圆盘（9）与下圆盘（10）之间为可拆卸连接，下圆盘（10）的下表面与下模板（11）的上表面之间接触但不连接，推杆（14）底端以法兰边形式固定在上圆盘（9）与下圆盘（10）之间，从下往上依次穿过下圆盘（10）、上圆盘（9）、弹簧（7）、套筒（6），凸模（3）、凹模型腔、推杆（14）、套筒（6）和弹簧（7）位于凹模（4）中央，凸模（3）、推杆（14）、压机顶杆（13）在一条直线上，上圆盘（9）与下圆盘（10）通过导柱（8）定位；凸模（3）穿过卸料板（15）与其间隙配合，卸料板（15）通过固定杆（17）固定，固定杆（17）上设有卸料弹簧（16），起到卸料的作用；

所述步骤（2）中切割试样大小为：长70-85mm；宽：20-30mm；高：20-30mm。

2.根据权利要求1所述轴套零件半固态反挤压方法，其特征在于：所述步骤（5）中短时固溶时效处理过程中：根据热分析确定固溶温度和时效温度，固溶时间为1~3小时，时效时间为1~6小时。

3.根据权利要求1所述轴套零件半固态反挤压方法，其特征在于：凹模（4）通过螺栓固定在下模板（11）上，下模板（11）与隔热板（12）通过T型板固定在液压机工作台上面；套筒（6）、弹簧（7）在挤压过程中给到零件反作用力。

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