CN112935002B - 一种制备镍合金棒材的挤压模具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备镍合金棒材的挤压模具及制备方法,涉及镍合金棒材加工技术领域,其包括通过锥面配合连接于固定座内的加热座,加热座内绕接有加热线圈,加热座内通过锥面配合连接有两半式的挤压筒,挤压筒内设置有连通的且均呈柱形的料仓和成型通道,移动模板上固定的凸模能够随着移动模板的移动进入料仓中并挤压镍合金料进入成型通道中,邻近料仓处设置有非接触式测温仪,成型通道贯穿挤压筒和加热座的底端。解决了现有技术中热挤压镍合金棒材的经济性和成形性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及镍合金棒材加工技术领域,特别是涉及一种制备镍合金棒材的挤压模具及制备方法。
背景技术
镍合金是指镍金属量占整个合金重量不低于50%的合金,常见的有Ni、Ni-Fe、Ni-Cu、Ni-Cr-Co-Mo等。镍合金由于具有优异的耐酸、耐碱性,以及优良的强度和抗氧化性,被广泛用于制造核电站、化工、航天航空,船舶及制碱工业的零部件。目前镍合金棒材的获得主要依赖于温挤压与热挤压成形,由于挤压过程是在复杂的高温、高压下进行的,以及镍合金特殊的温敏特性和变形抗力大等属性,导致挤压过程中坯料与模具存在严重的摩擦磨损和润滑问题。模具的磨损不仅造成了工件的尺寸、表面光洁度等超出了所允许的范围,而且造成了模具的提前失效。此外,在更换模具时复杂的挤压模具需要更多的时间和人力,因此严重影响了生产效率,提高了镍合金挤压过程中的成本。
传统温挤压纯镍合金棒材时,使用经济无污染的固体石墨和玻璃润滑剂作为润滑剂,挤压工艺为正挤压,模具结构为整体式。整体式模具结构的特点是精度高,不会产生飞边,但是挤压完成后取样复杂,而且整体式模具成本较高,一旦模具磨损失效,就需要整体更换挤压模具。
目前镍合金挤压成形过程中的加热方式有两种,一种是采用感应线圈给挤压模具整体加热,这就需要安装对应大小的感应线圈加热装置,成本较高,设备占地面积较大。另一种是采用高温炉将试样加热到一定的温度后,再快速地将试样取出蘸上润滑剂放入挤压模具中进行挤压,在这个过程中由于工件的散热,挤压温度不好精确控制,严重时造成工件爆裂或者闷车。
发明内容
针对现有技术中的上述问题,本发明提供了一种制备镍合金棒材的挤压模具及制备方法,解决了现有技术中热挤压镍合金棒材的经济性和成形性差的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
提供一种制备镍合金棒材的挤压模具,其包括通过锥面配合连接于固定座内的加热座,加热座内绕接有加热线圈,加热座内通过锥面配合连接有两半式的挤压筒,挤压筒内设置有连通的且均呈柱形的料仓和成型通道,移动模板上固定的凸模能够随着移动模板的移动进入料仓中并挤压镍合金料进入成型通道中,邻近料仓处设置有非接触式测温仪,成型通道贯穿挤压筒和加热座的底端。
一种镍合金棒材的制备方法,使用上述的挤压模具进行热挤压成型,其具体包括:
S1,真空冶炼镍合金铸锭,使铸锭中氧气和氮气含量均不高于80ppm且夹杂物等级低于2级;
S2,将镍合金铸锭依次进行第一阶段均匀化处理和第二阶段均匀化处理,第一阶段均匀化处理的处理温度为1140℃,保温10h并随炉冷却;第二阶段均匀化处理的处理温度为1210℃,保温48h;
S3,将镍合金铸锭切割成与料仓的形状和大小匹配的坯料,在坯料表面以及料仓和成型通道表面涂抹润滑剂后,将坯料放入料仓中按照设计温度加热后并保温,然后控制移动模板按照设计的速度和挤压比将加热后的坯料从成型通道中挤出形成初始镍合金棒材;
S4,通过剪切机将初始镍合金棒材截断形成中间镍合金棒材,对中间镍合金棒材依次进行固溶处理和酸洗,得到镍合金棒材成品。
本发明的有益效果为:
1、采用两半式挤压筒,且挤压筒与加热座锥面配合,在凸模挤压坯料过程中也会对挤压筒产生向下的挤压力,使得两半挤压筒的拼接面贴合得更加紧密,可以避免挤压成型后的棒材上飞边缺陷的产生。
2、由于挤压装置设有两半式挤压筒结构,当一次挤压完成以后,将挤压筒从底端直接推出,节省了连接件,使得结构更加简单、拆装更加方便、省时。
3、由于加热座内绕接有加热线圈,能够直接对挤压筒内的坯料进行加热,同时借助非接触式测温仪实时测温来精确控制加热温度,避免镍合金产生绝热升温效应,从而提高了镍合金的成材率,优化镍合金棒材的微观组织,提高了服役性能。
4、由于镍合金变形抗力大,很容易损坏挤压模具,在本申请中,将挤压筒、加热座和固定座分开设置,使得与坯料接触的挤压筒磨损损坏后,可以单独更换挤压筒,大大节省了使用和维护成本。加热座分开设置,便于加工、安装加热线圈,降低了加工难度。
附图说明
图1为制备镍合金棒材的挤压模具的结构示意图。
图2为图1中挤压筒的俯视图。
图3为图2中A处的放大图。
其中,1、固定座;2、加热座;21、加热线圈;3、挤压筒;31、料仓;32、成型通道;33、第一锥形半筒;34、第二锥形半筒;35、径向防退机构;351、弧形凸条;352、弧形槽;4、移动模板;41、凸模;5、防飞边机构;51、抵接杆;52、限位槽;53、套筒;54、弹簧;55、移动盘。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示,该制备镍合金棒材的挤压模具包括通过锥面配合连接于固定座1内的加热座2,加热座2内绕接有加热线圈21,加热座2内通过锥面配合连接有两半式的挤压筒3,挤压筒3内设置有连通的且均呈柱形的料仓31和成型通道32,移动模板4上固定的凸模41能够随着移动模板4的移动进入料仓31中并挤压镍合金料进入成型通道32中,邻近料仓31处设置有非接触式测温仪,成型通道32贯穿挤压筒3和加热座2的底端。
加热线圈21的绕接长度不小于料仓31的长度,以保证加热线圈21产生的热量能够对料仓31内的坯料进行充分加热。
如图2所示,挤压筒3包括第一锥形半筒33和第二锥形半筒34,第一锥形半筒33与第二锥形半筒34通过斜向拼接面相拼,斜向拼接面处设置有径向防退机构35。斜向拼接面中的“斜向”是指其截面的两端不平行于径线且相对于径线的倾斜角度在30°~50°之间,斜向拼接面的设置使得第一锥形半筒33与第二锥形半筒34的拼接处的作用面更大,更有利于力的传递以及减小拼接处的空隙,提高挤压筒的整体性,进而有助于减小棒材飞边缺陷的产生几率。
径向防退机构35包括固定于第一锥形半筒33或第二锥形半筒34上的弧形凸条351,弧形凸条351与设置于第二锥形半筒34或第一锥形半筒33上的弧形槽352插接,弧形凸条351和弧形槽352与第一锥形半筒33和第二锥形半筒34同轴设置。弧形凸条351和弧形槽352的截面形状如图3所示,在轴向上的两端与第一锥形半筒33或第二锥形半筒34的端面齐平。
在拼接第一锥形半筒33和第二锥形半筒34时,弧形凸条351可以沿圆周路径插入弧形槽352中,既能够对第一锥形半筒33与第二锥形半筒34的拼接进行定位,提高拼接的准确性,同时,还能够防止挤压筒3受到挤压力后会产生错动而降低镍合金棒材的成型质量,又能够提高挤压筒3拼接后的稳定性,不会因为外力作用而沿径向退开。另外弧形凸条351和弧形槽352均与第一锥形半筒33和第二锥形半筒34同轴设置,使得在圆周方向上也能产生一定的限位作用,只有在操作者将挤压筒3从加热座2中取出以后准确地沿圆周方向让弧形凸条351退出弧形槽352才能将第一锥形半筒33和第二锥形半筒34分开。所以,通过径向防退机构35能够起着定位、提高拼接牢固性、拆装方便的作用。
移动模板4上设置有防飞边机构5,两组防飞边机构5对称分布于凸模41的两侧,以提高防飞边机构5对挤压筒3作用的平衡性,以保证挤压筒3拼接处顺滑、平整。
防飞边机构5包括底端低于凸模41底面的抵接杆51,抵接杆51弹性连接于移动模板4上,挤压筒3上设置有供抵接杆51端部插入并抵接的限位槽52,具体地,第一锥形半筒33和第二锥形半筒34的顶面分别加工有一个限位槽52,限位槽52的形状与抵接杆51的形状对应且间隙配合。防飞边机构5可以在凸模41挤压坯料之前提前向下压挤压筒3,提前保证成型通道32拼接处的完整性和平滑性,降低产生成型飞边缺陷的可能。
抵接杆51的弹性连接的具体设置方式为:移动模板4上固定有向远离挤压筒3一端延伸的套筒53,套筒53的顶板与弹簧54的一端固定,弹簧54的另一端与移动盘55固定连接,移动盘55与抵接杆51固定连接,移动盘55能够沿着套筒53的内孔轴向滑动。
移动模板4下移后通过凸模41挤压经过加热后的坯料使坯料从成型通道32挤出成型为镍合金棒材,在凸模41接触坯料之前,抵接杆51先与挤压筒3接触,移动模板4继续向下移动,抵接杆51向下挤压挤压筒3,依靠加热座2上的锥面来挤压第一锥形半筒33和第二锥形半筒34,使得第一锥形半筒33与第二锥形半筒34能够拼接得更加服帖和紧实,从而避免坯料在成型通道32外围的拼接处会产生飞边;抵接杆51挤压挤压筒3后,挤压筒3对抵接杆51的反向作用力会使抵接杆51挤压弹簧54,使弹簧54被压缩,且弹簧54能够被压缩的最大形变量大于凸模41的高度,使得随着移动模板4继续下移,随着弹簧54被压缩来保证抵接杆51的位置不变,同时又能够始终向下抵紧挤压筒3,直至移动模板4与挤压筒3顶面接触完成一次挤压。
一种镍合金棒材的制备方法,使用上述的挤压模具进行热挤压成型,其具体包括:
S1,真空冶炼镍合金铸锭,使铸锭中氧气和氮气含量均不高于80ppm且夹杂物等级低于2级;铸锭表面光滑清洁、无裂纹、针孔、气泡、夹杂等质量缺陷;铸锭内部无深缩孔、疏松、偏析、内裂纹、气孔等缺陷,结晶组织致密均匀。
S2,将镍合金铸锭依次进行第一阶段均匀化处理和第二阶段均匀化处理,第一阶段均匀化处理的处理温度为1140℃,保温10h并随炉冷却,以消除低熔点相;第二阶段均匀化处理的处理温度为1210℃,保温48h,以减轻元素偏析、消除有害相,处理成大量的等轴晶粒。
S3,将镍合金铸锭切割成与料仓31的形状和大小匹配的坯料,在坯料表面以及料仓31和成型通道32表面涂抹石墨润滑剂后,将坯料放入料仓31中按照设计温度加热后并保温,然后控制移动模板4按照设计的速度和挤压比将加热后的坯料从成型通道32中挤出形成初始镍合金棒材。
S4,通过剪切机将初始镍合金棒材截断形成中间镍合金棒材,对中间镍合金棒材依次进行固溶处理和酸洗,得到镍合金棒材成品。酸洗过程采用温度为35℃-38℃,成分为12%H2SO4+4%H2O2+84%H2O的溶液中进行30-60min的清洗,确保表面杂质及润滑剂清除掉。
步骤S3中对放入料仓31中的坯料通过加热线圈21加热,测温仪采用非接触的方式实时监测坯料的温度直至坯料的温度达到设计温度后保温20min,然后控制移动模板4向下移动并通过凸模41挤压坯料。
步骤S1中,对真空冶炼后的镍合金铸锭进行质量鉴定,
若镍合金铸锭的表面粗糙,则按照20℃的温度变化值增加浇注温度,同时按照0.2min的时间变化值延长浇注时间直至冶炼出的镍合金铸锭的表面细腻;
若镍合金铸锭内部有明显的缩孔缺陷,则在浇注过程中添加中间包过滤器,并调整中间包过滤器的孔隙直至冶炼后的镍合金铸锭无明显的缩孔缺陷。
下面采用真空电磁搅拌熔炼的合格镍合金对镍合金棒材的制备方法进行具体描述:
实例材料来源于真空电磁搅拌熔炼的合格镍合金铸锭,将镍合金铸锭进行两段时均匀化处理,其中,第一阶段均匀化处理的处理温度为1140℃,保温10h并随炉冷却;第二阶段均匀化处理的处理温度为1210℃,保温48h。从而消除显微偏析。
利用电火花线切割机将镍合金铸锭切割成Φ25mm×30mm的圆柱坯料,在坯料与模具内表面(具体为料仓31和成型通道32的内壁面)均匀涂抹润滑剂,然后将Φ20mm×30mm的圆柱坯料放入料仓31内进行自动加热;挤压温度为200-500℃,优选300℃,通过红外测温仪从料仓31的斜上方测量坯料的温度来控制加热线圈的加热,使加热温度达到300℃左右后保温20min左右。然后通过挤压机运动控制移动模板4向下移动,以挤压速度为4-7mm/s,优选5mm/s,挤压比为1.5-8,优选挤压比为6,通过凸模41挤压坯料,坯料受到挤压从成型通道32挤出,在成型通道32的下方设置有剪切机进行截断以成型为特定长度的镍合金棒材。直至移动模板4与挤压筒3的顶面接触完成一次挤压。
完成一次挤压后,将得到的镍合金棒材进行固溶处理,获得良好的组织结构,固溶处理温度为1150℃,保温时间1h,空冷。
将热处理后的镍合金棒材进行清洗、切除余料、清除表面杂质、得到高性能镍合金棒材。
Claims (5)
1.一种制备镍合金棒材的挤压模具,其特征在于,包括通过锥面配合连接于固定座(1)内的加热座(2),所述加热座(2)内绕接有加热线圈(21),所述加热座(2)内通过锥面配合连接有两半式的挤压筒(3),所述挤压筒(3)内设置有连通的且均呈柱形的料仓(31)和成型通道(32),移动模板(4)上固定的凸模(41)能够随着移动模板(4)的移动进入所述料仓(31)中并挤压镍合金料进入所述成型通道(32)中,邻近所述料仓(31)处设置有非接触式测温仪,所述成型通道(32)贯穿所述挤压筒(3)和所述加热座(2)的底端;
所述加热线圈(21)的绕接长度不小于所述料仓(31)的长度;
所述挤压筒(3)包括第一锥形半筒(33)和第二锥形半筒(34),所述第一锥形半筒(33)与所述第二锥形半筒(34)通过斜向拼接面相拼,所述斜向拼接面处设置有径向防退机构(35);
所述径向防退机构(35)包括固定于所述第一锥形半筒(33)或第二锥形半筒(34)上的弧形凸条(351),所述弧形凸条(351)与设置于所述第二锥形半筒(34)或第一锥形半筒(33)上的弧形槽(352)插接,所述弧形凸条(351)和所述弧形槽(352)与所述第一锥形半筒(33)和第二锥形半筒(34)同轴设置;
所述移动模板(4)上设置有防飞边机构(5),所述防飞边机构(5)包括底端低于所述凸模(41)底面的抵接杆(51),所述抵接杆(51)弹性连接于所述移动模板(4)上,所述挤压筒(3)上设置有供所述抵接杆(51)端部插入并抵接的限位槽(52);
所述移动模板(4)上固定有向远离所述挤压筒(3)一端延伸的套筒(53),所述套筒(53)的顶板与弹簧(54)的一端固定,所述弹簧(54)的另一端与移动盘(55)固定连接,所述移动盘(55)与所述抵接杆(51)固定连接,所述移动盘(55)能够沿着所述套筒(53)的内孔轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的制备镍合金棒材的挤压模具,其特征在于,两组所述防飞边机构(5)对称分布于所述凸模(41)的两侧。
3.一种镍合金棒材的制备方法,使用权利要求1~2所述的挤压模具进行热挤压成型,其特征在于,具体包括:
S1,真空冶炼镍合金铸锭,使铸锭中氧气和氮气含量均不高于80ppm且夹杂物等级低于2级;
S2,将镍合金铸锭依次进行第一阶段均匀化处理和第二阶段均匀化处理,所述第一阶段均匀化处理的处理温度为1140℃,保温10h并随炉冷却;所述第二阶段均匀化处理的处理温度为1210℃,保温48h;
S3,将镍合金铸锭切割成与所述料仓(31)的形状和大小匹配的坯料,在坯料表面以及料仓(31)和成型通道(32)表面涂抹润滑剂后,将坯料放入料仓(31)中按照设计温度加热后并保温,然后控制移动模板(4)按照设计的速度和挤压比将加热后的坯料从成型通道(32)中挤出形成初始镍合金棒材;
S4,通过剪切机将初始镍合金棒材截断形成中间镍合金棒材,对中间镍合金棒材依次进行固溶处理和酸洗,得到镍合金棒材成品。
4.根据权利要求3所述的镍合金棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中对放入料仓(31)中的坯料通过加热线圈(21)加热,测温仪采用非接触的方式实时监测坯料的温度直至坯料的温度达到设计温度后保温20min,然后控制移动模板(4)向下移动并通过凸模(41)挤压坯料。
5.根据权利要求3所述的镍合金棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,对真空冶炼后的镍合金铸锭进行质量鉴定,
若镍合金铸锭的表面粗糙,则按照20℃的温度变化值增加浇注温度,同时按照0.2min的时间变化值延长浇注时间直至冶炼出的镍合金铸锭的表面细腻;
若镍合金铸锭内部有明显的缩孔缺陷,则在浇注过程中添加中间包过滤器,并调整中间包过滤器的孔隙直至冶炼后的镍合金铸锭无明显的缩孔缺陷。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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