CN115582420A - 一种大规格铝合金扁平环件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大规格铝合金扁平环件的制备方法，包括：将铝合金铸锭加热、开坯、扩孔、机加工、轧制，得到大规格铝合金扁平环件。本发明采用合适的制坯尺寸及轧制工艺可成功轧制出大规格扁平环件，通过本发明提供的技术方案可以成功制备出5米级以上的大规格铝合金扁平环。
Description
技术领域
本发明铝合金技术领域，尤其涉及一种大规格铝合金扁平环件的制备方法。
背景技术
大规格的铝合金扁平环可应用于运载火箭等航天器的过渡环、转接框及风电设备上的法兰等。特别是外径达到5.3米的大规格铝合金扁平环，壁厚与环高比大，属于特大型超扁平环范畴，高度低，最大热处理厚度减小，对于性能的提高是有极大的改善，较同类环具有更大的承载能力，但生产难度很高，该环超出国内现有轧制规范，在国内成功轧制的案例极少。
目前常见的扁平环制备的方法有以下两种，马架扩孔，直接通过马架扩孔并平整至扁平环规格，椭圆度控制难度极大，易存在环件尺寸超差，且投料量大，造成材料的浪费。环轧，采用环机进行轧制可以较好的控制椭圆度，但为了适应设备能力，调控轧制的高厚比，往往需要多投料，且在轧制过程中极易出现爬辊、弯曲、椭圆等轧制缺陷，造成材料的报废，轧制难度极大，目前很少有厂家能够成功轧制大规格扁平环件。
高度/壁厚＜0.5的扁平环件制备过程中对设备及工艺要求很高，极易发生翘曲和折叠，在整圆和加速轧制过程中，特别是加速轧制过程中，十分容易出现爬辊和翘曲现象，最终导致扁平环制备失败。出现环件轧制不成功的原因主要是制坯尺寸不合适，设备能力不足、轧制工艺的不合理。大型扁平铝合金环件一体化制备是十分重要的，但构件尺寸大、形状复杂、制备工艺难度大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大规格铝合金扁平环件的制备方法，本发明提供的方法可成功轧制出大规格铝合金扁平环件。
本发明提供了一种大规格铝合金扁平环件的制备方法，包括：
将铝合金铸锭加热、开坯、扩孔、机加工、轧制，得到大规格铝合金扁平环件。
优选的，所述铝合金铸锭的成分为2219铝合金或7050铝合金。
优选的，所述加热的温度为：
铝合金铸锭的低共熔点温度*(0.90～0.95)；
所述加热的保温时间为：
铝合金铸锭的最大厚度*加热系数；
所述加热系数为1.5～3min/mm。
优选的，所述开坯为采用多方锻进行开坯；
所述开坯过程中的镦粗变形量为45～70％；拔长变形量为20～50％；镦粗速度＜10mm/；拔长下压速度＜25mm/s。
优选的，所述扩孔过程中的环坯高度为：
环坯高度＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)+轧制后高度；
所述扩孔过程中的环坯壁厚为：
环坯壁厚＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)*(0.4～1)+轧制后壁厚。
优选的，所述机加工为机加工环坯内外径及上下端面；所述机加工内外径为内外径见光60～80％，允许留20～40％的黑皮；机加工上下端面为上下端面见光，单侧车刀量控制在2～5mm。
优选的，所述轧制过程中的直径长大速度为1～5mm/s；所述轧制阶段的外径比环坯尺寸大50～180mm。
优选的，所述轧制包括：
适应轧制阶段、提速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段、整圆轧制阶段；
所述适应轧制阶段的外径比环坯尺寸大50～180mm，提速轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的25～40％，稳定轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的60～75％。
优选的，所述减速轧制阶段的外径变化量为50～180mm，所述整圆轧制阶段的外径变化量为50～180mm；
所述轧制的时间为9～25min。
优选的，所述大规格铝合金扁平环件的直径尺寸为5000～5500mm。
本发明采用合适的制坯尺寸及轧制工艺可成功轧制出大规格扁平环件，通过本发明提供的技术方案可以成功制备出5米级以上的大规格铝合金扁平环。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
本发明提供了一种大规格铝合金扁平环件的制备方法，包括：
将铝合金铸锭加热、开坯、扩孔、机加工、轧制，得到大规格铝合金扁平环件。
在本发明中，所述铝合金铸锭的成分优选为2219铝合金或7050铝合金，符合GB/T3190-2020中成分要求。
在本发明中，所述加热的温度优选为：
铝合金铸锭的低共熔点温度*(0.90～0.95)。
在本发明中，所述铝合金铸锭的低共熔点温度的测定方法优选包括：
通过DSC测定铝合金低共融点。
在本发明中，所述加热的保温时间优选为：
铝合金铸锭的最大厚度*加热系数。
在本发明中，所述加热系数优选为1.5～3min/mm，更优选为1.5～2.0min/mm。
在本发明中，所述开坯优选为采用多方锻进行开坯；所述开坯过程中的镦粗变形量优选为45～70％，更优选为50～65％，最优选为55％；拔长变形量优选为20～50％，更优选为25～40％；镦粗速度优选＜10mm/s，更优选为4～8mm/s；拔长下压速度优选＜25mm/s，更优选为10～20mm/s。
在本发明中，所述开坯过程中优选控制变形量，减少大裂纹产生的可能，并回炉保温后冲孔。
在本发明中，所述扩孔前优选进行加热，所述加热的温度和保温时间与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述扩孔过程中的环坯高度优选为：
环坯高度＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)+轧制后高度。
在本发明中，所述扩孔过程中的环坯壁厚优选为：
环坯壁厚＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)*(0.4～1)+轧制后壁厚。
在本发明中，所述机加工优选为机加工环坯内外径及上下端面；所述机加工内外径优选为内外径见光60～80％，更优选为65～75％；允许留20～40％的黑皮，更优选为25～35％；机加工上下端面优选为上下端面见光；单侧车刀量优选控制在2～5mm，更优选为3～4mm。
在本发明中，所述轧制优选为轧环；所述轧制前优选进行加热；所述加热的温度和保温时间与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。在本发明中，所述轧制过程中优选控制每个轧制阶段的直径长大速度、外径尺寸、壁厚、高度等。在本发明中，所述轧制过程中的直径长大速度优选为1～5mm/s，更优选为2～4mm/s，最优选为3mm/s；
在本发明中，所述轧制优选包括：
适应轧制阶段、提速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段、整圆轧制阶段。
在本发明中，所述适应轧制阶段的外径比环坯尺寸优选大50～180mm，更优选为80～160mm；轧制过程中的提速轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的25～40％，更优选为30～35％；稳定轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的60～75％，更优选为65～70％；减速轧制阶段的外径变化量优选为50～180mm，更优选为80～160mm；所述整圆轧制阶段的外径变化量优选为50～180mm，更优选为80～160mm。在本发明中，所述轧制的时间优选为9～25min，更优选为15～20min。
在本发明中，所述大规格铝合金扁平环件的直径尺寸优选为5000～5500mm。
本发明采用合适的制坯尺寸及轧制工艺可成功轧制出大规格扁平环件。相比于现有技术，本发明投料量较小，可较好地控制成本，并且通过轧制可以保证椭圆度，可减少加工余量。
实施例1Φ5340/Φ4700*140大规格2219铝合金扁平环制备
选取Φ780×2052mm规格2219铸锭，加热制度为：480±10℃，坯料保温1200min以上。
采用多方锻造：第一次镦粗面为A面，第一次拔长面为B面，第二次拔长面为C面；锻造参数如下表：
注：镦粗速度4.8mm/s，拔长下压速度13～18mm/s
用Φ500的冲头进行冲孔，连皮≤50mm后平整至高度490mm，用Φ520的刃口冲头冲穿连皮。
扩孔前加热制度为：480±10℃，坯料(冷料)保温800min以上，热料返炉保温时间减半，用Φ500芯棒扩孔至内径Φ1200±50mm，保证环件壁厚均匀，环坯圆度好，平整高度至400mm，用Φ800芯棒继续扩孔至内径Φ1780±50mm，平整高度至310mm。
机加工至内外径见光70％，允许留30％黑皮，高度车至300±2mm，最后环坯尺为Φ2638/Φ1768*302mm。
环轧前加热制度为：480±10℃，坯料(冷料)保温600min以上，热料返炉保温时间减半。
环轧工艺制度：环轧后热态尺寸Φ5429/Φ4713*160mm，冷却后尺寸为Φ5380/Φ4656*160mm，可以通过六米车床机加出Φ5340/Φ4700*140mm的扁平环件，轧制时间为16min，轧制曲线设置如下：
| 直径长大速度mm/s | 外径mm | 壁厚mm | 高度mm | |
| 环坯尺寸 | / | 2638 | 435 | 302 |
| 适应阶段 | 4 | 2760 | 420 | 289 |
| 提速阶段 | 5 | 3540 | 394 | 230 |
| 稳定阶段 | 5 | 5200 | 363 | 164 |
| 减速阶段 | 1 | 5340 | 360 | 160 |
| 整圆阶段 | 1 | 5429 | 358 | 160 |
实施例2Φ5380/Φ4750*130大规格7050铝合金扁平环制备
选取Φ780×1837mm规格7050铸锭，加热制度为：450±10℃，坯料保温1200min以上。
采用多方锻造：第一次镦粗面为A面，第一次拔长面为B面，第二次拔长面为C面；锻造参数如下表：
注：镦粗速度4.8mm/s，拔长下压速度13～18mm/s
用Φ500的冲头进行冲孔，连皮≤50mm后平整至高度480mm，用Φ520的刃口冲头冲穿连皮。
扩孔前加热制度为：450±10℃，坯料(冷料)保温900min以上，热料返炉保温时间减半，用Φ500芯棒扩孔至内径Φ1200±50mm，保证环件壁厚均匀，环坯圆度好，平整高度至400mm，用Φ800芯棒继续扩孔至内径Φ1880±50mm，平整高度至300mm。
机加工至内外径见光70％，允许留30％黑皮，高度车至290±2mm，最后环坯尺为Φ2694/Φ1872*292mm。
环轧前加热制度为：450±10℃，坯料(冷料)保温700min以上，热料返炉保温时间减半。
环轧工艺制度：环轧后热态尺寸Φ5469/Φ4760*150mm，冷却后尺寸为Φ5420/Φ4710*150mm，可以通过六米车床机加出Φ5380/Φ4750*130mm的扁平环件，轧制时间为18min，轧制曲线设置如下：
| 直径长大速度mm/s | 外径mm | 壁厚mm | 高度mm | |
| 环坯尺寸 | / | 2694 | 411 | 290 |
| 适应阶段 | 4 | 2805 | 401 | 278 |
| 提速阶段 | 5 | 3573 | 383 | 218 |
| 稳定阶段 | 5 | 5200 | 359 | 155 |
| 减速阶段 | 1 | 5340 | 357 | 150 |
| 整圆阶段 | 1 | 5469 | 355 | 150 |
本发明采用合适的制坯尺寸及轧制工艺可成功轧制出大规格扁平环件。相比于现有技术，本发明投料量较小，可较好地控制成本，并且通过轧制可以保证椭圆度，可减少加工余量。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (10)
1.一种大规格铝合金扁平环件的制备方法，包括：
将铝合金铸锭加热、开坯、扩孔、机加工、轧制，得到大规格铝合金扁平环件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金铸锭的成分为2219铝合金或7050铝合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为：
铝合金铸锭的低共熔点温度*(0.90～0.95)；
所述加热的保温时间为：
铝合金铸锭的最大厚度*加热系数；
所述加热系数为1.5～3min/mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开坯为采用多方锻进行开坯；
所述开坯过程中的镦粗变形量为45～70％；拔长变形量为20～50％；镦粗速度＜10mm/s；拔长下压速度＜25mm/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩孔过程中的环坯高度为：
环坯高度＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)+轧制后高度；
所述扩孔过程中的环坯壁厚为：
环坯壁厚＝轧制外径变化量*(0.04～0.06)*(0.4～1)+轧制后壁厚。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机加工为机加工铝合金环坯内外径及上下端面；所述机加工内外径为内外径见光60～80％，允许留20～40％的黑皮；机加工上下端面为上下端面见光，单侧车刀量控制在2～5mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧制过程中的直径长大速度为1～5mm/s。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述轧制包括：
适应轧制阶段、提速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段、整圆轧制阶段；
所述适应轧制阶段的外径比环坯尺寸大50～180mm，提速轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的25～40％，稳定轧制阶段的变化量占轧制阶段总变化量的60～75％。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述减速轧制阶段的外径变化量为50～180mm，所述整圆轧制阶段的外径变化量为50～180mm；
所述轧制的时间为9～25min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大规格铝合金扁平环件的直径尺寸为5000～5500mm。
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| CN202211307164.XA CN115582420A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种大规格铝合金扁平环件的制备方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117086248A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-21 | 武汉理工大学 | 一种高性能铝合金构件粗晶消除锻造工艺 |
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2022
- 2022-10-24 CN CN202211307164.XA patent/CN115582420A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117086248A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-21 | 武汉理工大学 | 一种高性能铝合金构件粗晶消除锻造工艺 |
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