CN112475806A - 一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，包括：将原材料加热后镦粗、拔长至少2次；将坯料加热后，镦粗、倒角成形制坯，初步形成大端和小端；反挤压成形预制坯；对预制坯机械加工去除飞边及底部余料；对预制坯小端进行局部胀形，使小端的形状和尺寸与成型工装中驱动辊对应型面相近，制成“驱动辊基准型”异形环坯；采用径向轴向环轧机配合成型工装轧制成形大尺寸锥筒形环件。本发明成形工艺，通过反挤压成形预制坯异形环降低原材料消耗，采用径轴向异形环轧制技术实现异形环连续局部塑性成形，结合大尺寸塑性变形技术，提升合金内部组织均匀性，保证锻件屈服强度满足技术条件要求；该工艺成形的产品性能稳定，生产成本低，质量控制简单。

Description

一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺
技术领域
本发明属于锻造成形技术领域，特别涉及一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，适用于液体火箭发动机燃烧室内壁、喷管内壁等大尺寸锥筒结构制造，保证推力室正常工作。
背景技术
推力室在高温、高压、强震动下工作，是我国新一代液体火箭发动机重要组成部分，采用双层结构，其内壁目前采用导热性好的QCr0.8合金锻造成形。随着新一代发动机推力载荷不断增大，推力室身部内壁尺寸逐渐增大，对于小端大于Φ500mm、大端大于Φ1000mm锥筒形内壁(见图1)采用传统锻造工艺成形，需采用800000KN挤压压力机和大型工装模具，国内罕有，且费用极高。单件产品耗费原材料1.4吨以上，利用率不足5％，材料规格Φ450×1000mm以上，目前国内钢厂尚无法冶炼该规格、重量原材料，难以满足需求。若采用分段焊接方案原材料消耗巨大，工艺装备多套，无法保证组织性能均匀性。由于Cr在Cu中的固溶度最大为0.73wt％，导致QCr0.8合金极易产生偏析，对合金力学性能尤其是屈服强度影响较大，目前锻件屈服强度低于90MPa，严重影响产品使用可靠性。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，通过反挤压成形预制坯异形环降低原材料消耗，采用径轴向异形环轧制技术实现异形环连续局部塑性成形，结合大尺寸塑性变形技术，提升合金内部组织均匀性，保证锻件屈服强度满足技术条件要求；该工艺成形的产品性能稳定，生产成本低，质量控制简单。
本发明提供的技术方案如下：
一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，包括下列步骤：
步骤(1)，将原材料加热后，镦粗、拔长至少2次；
步骤(2)，将坯料加热后，镦粗、倒角成形制坯，初步形成大端和小端；
步骤(3)，反挤压成形预制坯；
步骤(4)，对预制坯机械加工去除飞边及底部余料；
步骤(5)，对预制坯小端进行局部胀形，使小端的形状和尺寸与成型工装中驱动辊对应型面相近，制成“驱动辊基准型”异形环坯；
步骤(6)，采用径向轴向环轧机配合成型工装，轧制成形大尺寸锥筒形环件。
根据本发明提供的一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，具有以下有益效果：
(1)本发明中成形工艺，通过反复镦拔大塑性变形技术提高原材料组织均匀性，减少Cr富集偏析，保证锻件屈服强度满足技术条件Q/M.J05121-2012要求；
(2)本发明中成形工艺，采用反向挤压预制坯，设备吨位降低一半，降低原材料消耗400kg以上，材料利用率提高3～4倍；
(3)本发明中成形工艺，采用工装进行局部胀形制成“驱动辊基准型”异形环坯，能够有效减少成形过程中材料小端受压应力沿轴向向上窜动出现刮伤问题，保证最终锥筒形环件表面质量；
(4)本发明中成形工艺，采用径轴向异形环轧制技术，通过分段式工装实现材料连续局部塑性变形，可满足小端直径Φ400～650mm、锥角60～120°、高度380～540mm等多规格尺寸锥筒形件轧制需求。
附图说明
图1示出本发明实施例1锥筒形环件；
图2示出锥筒形环件成形工艺路线；
图3示出本发明一种优选实施方式中工装结构。
附图标号说明
1-驱动轴；2-驱动轴套；3-芯轴；4-芯轴套。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本发明提供了一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，如图2所示，包括如下步骤：
步骤(1)，将原材料加热后，镦粗、拔长至少2次，恢复至原尺寸，以提高材料组织均匀性；
步骤(2)，将坯料加热后，镦粗、倒角成形制坯，初步形成大端和小端；
步骤(3)，反挤压成形预制坯；
步骤(4)，对预制坯机械加工去除飞边及底部余料；
步骤(5)，对预制坯小端进行局部胀形，使小端的形状和尺寸与成型工装中驱动辊对应型面相近，制成“驱动辊基准型”异形环坯；
步骤(6)，采用径向轴向环轧机配合成型工装，轧制成形大尺寸锥筒形环件。
在本发明中，步骤(1)中，将原材料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，终锻温度≥650℃，锻后空冷。镦粗、拔长应变量控制在0.3～0.65，若应变量过小，对原材料性能的提升不明显，若应变量过大，则容易产生缺陷，如裂纹。
在本发明中，步骤(2)中，将坯料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，在压力机上镦粗，坯料一端倒角成形，倒角角度35～70°，一火成形，形成小端，终锻温度≥650℃，锻后空冷。优选地，制坯后打磨清除坯料表面缺陷，打磨宽深比≥8：1。
在本发明中，步骤(3)中，将坯料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，在压力机上一次挤压成形，终锻温度≥650℃，锻后空冷，制成锥角40～90°、小端直径Φ330～480mm的预制坯。
在本发明中，步骤(4)中，采用车床加工，去除预制坯飞边及底部余料，使两端开口，小端倒圆角R10～R20，大端倒圆角R10～R20或锐角打钝。
在本发明中，步骤(5)中，采用Φ350～600mm不同直径冲头在电液锤或压力机上对步骤(4)中坯料小端进行逐步局部胀形，制成“驱动辊基准型”异形环坯。
在本发明中，步骤(6)中，所述成型工装包括驱动辊和芯辊，所述驱动辊包括驱动轴1和驱动轴套2，两者通过键连接，驱动轴套2的外型面与最终产品的外型面吻合；所述芯辊包括芯轴3和芯轴套4，两者通过芯轴键连接为一体，芯轴套4的外型面与最终产品的内型面吻合；通过驱动辊与芯辊配合挤压异形环坯，轧制得到锥筒形环件。
进一步地，所述驱动辊的驱动轴套2为多层结构叠加而成的分体结构，各层结构通过可拆卸销钉固连。该分体结构设计，利于通过结构之间的组合，得到不同规格的驱动辊，进而制得不同规格的产品。
进一步地，所述驱动辊的最上层和最下层结构的侧面设置径向凸起，用于对轧制中的异形环坯进行限位和维型，得到最终结构稳定的锥筒形环件。
该成型工装可满足小端直径Φ400～650mm、锥角60～120°、高度380～540mm锥筒形环件轧制需求。
在本发明中，所述成形工艺还包括热处理步骤，该步骤中加热温度为600～650℃，保温2.5h，空冷。
实施例
实施例1
(1)将原材料Φ350×1000mm(约900kg)反复镦拔，改善组织，加热温度约800℃，加热系数0.4～0.6mm/min，终锻温度≥650℃，第一火：将Φ350×1000mm坯料镦粗至Φ450×600mm，拔长至320×320×940mm，第二火：将320×320×940mm坯料镦粗至Φ450×600mm，拔长至320×320×940mm，整形至Φ350×1000mm。
(2)将坯料加热温度至约800℃，加热系数0.4～0.6mm/min，Φ350×1000mm镦粗至高度440±10mm，倒角55°，终锻温度≥650℃，锻后空冷，打磨清除坯料表面缺陷，打磨宽深比≥8：1。
(3)加热温度约800℃，加热系数0.4～0.6mm/min，利用挤压模具反向挤压，成形锥角分别为40°、60°、70°(不同高度处)，小端直径Φ400mm，高度565mm预制坯，终锻温度≥650℃。
(4)采用车床加工，去除预制坯飞边及底部余料，加工成大端直经Φ890mm、小端直径Φ425mm、高度485mm异形环坯。
(5)分别采用直径Φ360mm、Φ390mm冲头对坯料小端进行局部胀形，胀形后小端直径达到Φ527mm、高度变为455mm，制成“驱动辊基准型”异形环坯。
(6)采用图3分段式工装，利用D53K-2000A双向数控环轧机径轴向轧制技术实现材料连续局部塑性变形，成形图1锥筒形环件，数控环轧机参数如表1所示。
表1实施例1数控环轧机参数
Figure BDA0002789889660000051
(7)对图1锥筒形环件热处理后检测成形件尺寸，满足图1尺寸要求，在图1所示取样区进行取样进行组织性能检测，性能指标满足技术条件Q/M.J05121-2012要求，屈服强度在105～120MPa区间。采用传统方法，原材料Φ400×1100以上，耗材1300kg以上，本发明方法明显降低了原材料消耗，节约了成本。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，将原材料加热后，镦粗、拔长至少2次；
步骤(2)，将坯料加热后，镦粗、倒角成形制坯，初步形成大端和小端；
步骤(3)，反挤压成形预制坯；
步骤(4)，对预制坯机械加工去除飞边及底部余料；
步骤(5)，对预制坯小端进行局部胀形，使小端的形状和尺寸与成型工装中驱动辊对应型面相近，制成“驱动辊基准型”异形环坯；
步骤(6)，采用径向轴向环轧机配合成型工装，轧制成形大尺寸锥筒形环件。
2.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(1)中，将原材料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，终锻温度≥650℃，锻后空冷，镦粗、拔长应变量控制在0.3～0.65。
3.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(2)中，将坯料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，在压力机上镦粗，坯料一端倒角成形，倒角角度35～70°，一火成形，形成小端，终锻温度≥650℃，锻后空冷；优选地，制坯后打磨清除坯料表面缺陷，打磨宽深比≥8：1。
4.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(3)中，将坯料加热至750～850℃，加热系数为0.4～0.6min/mm，在压力机上一次挤压成形，终锻温度≥650℃，锻后空冷，制成锥角40～90°、小端直径Φ330～480mm的预制坯。
5.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(4)中，采用车床加工，去除预制坯飞边及底部余料，小端倒圆角R10～R20，大端倒圆角R10～R20或锐角打钝。
6.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(5)中，采用Φ350～600mm不同直径冲头在电液锤或压力机上对步骤(4)中坯料小端进行逐步局部胀形，制成“驱动辊基准型”异形环坯。
7.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，步骤(6)中，所述成型工装包括驱动辊和芯辊，所述驱动辊包括驱动轴和驱动轴套，两者通过键连接，驱动轴套的外型面与最终产品的外型面吻合；所述芯辊包括芯轴和芯轴套，两者通过芯轴键连接为一体，芯轴套的外型面与最终产品的内型面吻合，通过驱动辊与芯辊配合挤压异形环坯，轧制得到锥筒形环件。
8.根据权利要求7所述的成形工艺，其特征在于，所述驱动辊的驱动轴套为多层结构叠加而成的分体结构，各层结构通过可拆卸销钉固连。
9.根据权利要求7所述的成形工艺，其特征在于，所述驱动辊的最上层和最下层结构的侧面设置径向凸起，用于对轧制中的异形环坯进行限位和维型。
10.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，所述成形工艺还包括热处理步骤，该步骤中加热温度为600～650℃，保温2.5h，空冷。
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