一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法。本發(fā)明采用沖孔預(yù)制成空心坯料，對(duì)空心坯料進(jìn)行等溫或熱模復(fù)合擠壓；機(jī)加工擠壓管坯內(nèi)、外表面；將機(jī)加工管坯進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，旋壓為熱旋或冷旋；將半成品管材進(jìn)行中間熱處理，中間熱處理為退火或固溶處理；多道次強(qiáng)力變薄旋壓和中間熱處理反復(fù)交替進(jìn)行，然后進(jìn)行管材成品強(qiáng)旋壓；對(duì)熱處理后的半成品管材，進(jìn)行多道次復(fù)合旋壓成形，得到異形管件；對(duì)所得的管材和異形管件，酸洗和清洗后進(jìn)行成品熱處理。采用本發(fā)明制備加工大直徑管材及異形管件，產(chǎn)品組織均勻、綜合性能高、成形省力、附加值高，具有良好的應(yīng)用推廣前景和一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專利說明】一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳基合金、鈦合金、鋯合金以及非連續(xù)體增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料等難變形材料使用性能優(yōu)秀，具有出色和獨(dú)特的使用性能，因此在航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)等諸多軍工【技術(shù)領(lǐng)域】應(yīng)用十分廣泛，是現(xiàn)代武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)。難變形材料管材及異形管件在航空、航天、石油、化工、電力、核能等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。大直徑管材及異形管件的制備加工方法主要有:鑄造旋壓管坯+旋壓成形；鍛造旋壓管坯+旋壓成形；環(huán)軋旋壓管坯+旋壓成形；斜軋旋壓管坯+旋壓成形；擠壓旋壓管坯+旋壓成形；板材卷板焊接+旋壓成形。采用板材卷板焊接+旋壓成形方法制備加工大直徑管材及異形管件具有成本低等優(yōu)點(diǎn)，但焊縫的存在降低了其綜合性能，產(chǎn)品的質(zhì)量較差；鑄造管坯的組織粗大，組織的均勻性較差，存在氣孔、夾雜、縮孔等鑄造缺陷；鎳基合金等難變形材料在鍛造和軋環(huán)時(shí)，變形溫度難以精確控制，管坯中易出現(xiàn)混晶組織；低塑性非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料鍛造和軋環(huán)時(shí)，易開裂；鎳基合金等難變形材料變形抗力大，采用斜軋穿孔和傳統(tǒng)擠壓方法難以加工出大直徑旋壓管坯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種大直徑管材及異形管件成形成性的制備加工新方法，生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品。
[0004]一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法，其具體步驟如下:
[0005]( I)將鍛棒沖孔預(yù)制成空心坯料，采用等溫或熱模復(fù)合擠壓工藝，對(duì)空心坯料進(jìn)行復(fù)合擠壓，制備出旋壓管坯；
[0006](2)機(jī)加工步驟(I)所得旋壓管坯內(nèi)外表面；
[0007](3)將步驟(2)的旋壓管坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，所述旋壓為熱旋或冷旋，得到半成品管材；
[0008](4)將步驟(3)半成品管材進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理；
[0009](5)對(duì)步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，然后進(jìn)行成品管材強(qiáng)旋；
[0010](6)對(duì)步驟(4)所得的半成品管材，進(jìn)行多道次復(fù)合旋壓，所述多道次復(fù)合旋壓為強(qiáng)旋和普旋，得到異形管件；
[0011](7)對(duì)步驟(5)和(6)所得的管材和異形管件，經(jīng)酸洗和清洗后進(jìn)行成品熱處理。
[0012]所采用的材料為鎳基合金、鈦合金、鋯合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
[0013]所述空心還料的外徑為Φ200 mm?Φ 1000 mm，內(nèi)徑為Φ80 mm?Φ400 mm。
[0014]所述復(fù)合擠壓的擠壓比為1.5?10，擠壓速度為0.01 mm/s?10 mm/s ;旋壓管坯的直徑為Φ 200 mm?Φ 1000 mm,壁厚為10 mm?80 mm,長(zhǎng)度為300 mm?2000 mm。[0015]當(dāng)所采用的材料為鈦合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)，采用熱旋進(jìn)行多道次旋壓。
[0016]所述半成品管材強(qiáng)旋的道次減薄率為10%?40%,進(jìn)給比為0.5 mm/r?2.5 mm/r。
[0017]所述中間熱處理間的變形量為45%?75%。
[0018]所述成品管材強(qiáng)旋的道次減薄率為10%?35%,進(jìn)給比為0.5 mm/r?1.5 mm/r。
[0019]所述異形管件采用多道次復(fù)合旋壓成形。
[0020]所述成品熱處理為真空退火或固溶與時(shí)效處理。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022]1.擠壓成形過程中材料受到三向壓應(yīng)力極大的發(fā)揮了材料的成形性，采用空心坯料等溫或熱模復(fù)合擠壓，成形省力，制備的管坯組織細(xì)小均勻；
[0023]2.避免了由于管坯組織粗大和組織均勻性差等不良組織的遺傳性，引起產(chǎn)品組織的不均勻性；細(xì)小均勻組織管坯，有助于改善產(chǎn)品組織的均勻性，提高產(chǎn)品的綜合性能；
[0024]3.細(xì)小均勻組織管坯的成形性好，提高了旋壓成形能力，有助于減少旋壓裂紋等缺陷的產(chǎn)生，綜合強(qiáng)旋和普旋成形加工異形管件，成形工藝簡(jiǎn)單，工序少；
[0025]4.本發(fā)明主要針對(duì)難變形材料，但幾乎可用于所有變形合金大直徑管材及異形管件的加工，適用性強(qiáng)；
[0026]采用本發(fā)明加工的大直徑管材及異形管件，成形省力，產(chǎn)品組織均勻性好、綜合性能高。本發(fā)明為高性能、高質(zhì)量、大直徑管材及異形管件制備加工提供了新途徑，產(chǎn)品可用于航空、航天和核工業(yè)等高科技領(lǐng)域和普通民用的各行各業(yè)，應(yīng)用前景良好，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明大直徑管材及異形管件制備加工方法的工藝流程圖；
[0028]圖2為實(shí)施例2的異形管件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0029]圖3為實(shí)施例3的異形管件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明提供了一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0031]本發(fā)明的工藝流程圖，如圖1所示，包括:鍛棒下料，沖孔，等溫/熱模復(fù)合擠壓，機(jī)加工管坯內(nèi)外表面，強(qiáng)旋，復(fù)合旋壓(強(qiáng)旋+普旋)，中間和成品熱處理。
[0032](I)將鍛棒加熱后，沖孔預(yù)制成空心坯料；沖孔預(yù)制空心坯料的外徑為Φ200mm?Φ1000 mm,內(nèi)徑為Φ80 mm?Φ400 mm。米用等溫或熱模復(fù)合擠壓工藝，對(duì)空心還料進(jìn)行擠壓，制備出旋壓管坯。擠壓溫度高于1050 °C采用熱模復(fù)合擠壓，低于該溫度采用等溫復(fù)合擠壓，擠壓比為1.5?10,擠壓速度為0.01 mm/s?10 mm/s。
[0033](2)將步驟(I)所得的管坯機(jī)加工，獲得管坯的直徑為Φ200 mm?Φ1000 mm，壁厚為10 mm?80 mm,長(zhǎng)度為300 mm?2000 mm。
[0034](3)將步驟(2)機(jī)加工的旋壓管坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，旋壓為熱旋或冷旋，得到半成品管材。熱旋主要針對(duì)室溫塑性較差的材料，如鈦合金和非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料等，變薄旋壓的道次減薄率為10%~40%,進(jìn)給比為0.5 mm/r~2.5 mm/r。
[0035](4)將步驟(3)半成品管材進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理。中間熱處理(退火或固溶處理)間的變形量為45%~75%。
[0036](5)對(duì)步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，并進(jìn)行管材成品旋壓。成品旋壓的道次減薄率為10%~35%,進(jìn)給比為0.5 mm/r~1.5 mm/r。
[0037](6)將步驟(4)熱處理后的半成品管材，進(jìn)行多道次復(fù)合旋壓成形，獲得變徑變截面管件、多臺(tái)階管件和內(nèi)加強(qiáng)筋管件等異形管件。
[0038](7)酸洗和清洗步驟(5)和(6)所得管材和異形管件，然后進(jìn)行熱處理，熱處理為真空退火或固溶與時(shí)效處理。
[0039]實(shí)施例1
[0040]加工對(duì)象為Inconel718合金管材,將Inconel718合金鍛棒下料后,進(jìn)行沖孔和機(jī)加工，預(yù)制成外徑為Φ300 mm和內(nèi)徑為120 mm的空心坯料，然后進(jìn)行等溫復(fù)合擠壓，擠壓速度為I mm/s，擠壓比為3.4，擠壓溫度為1050 °C，機(jī)加工后，旋壓管坯的外徑為Φ295mm，壁厚為12 mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減薄率為18%，后續(xù)道次減薄率為25%,成品前兩道次的進(jìn)給比為0.7 mm/r,其他道次的進(jìn)給比為1.8 mm/r,固溶處理變形量為70%，固溶溫度為1065 °C，在此溫度下保溫2 h，然后水淬。成品管材采用標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度I1:在980±10 °C溫度下保溫I h，然后空冷至室溫，之后在720±5 °C溫度下保溫8 h，然后以50 °C/h降溫速率爐冷至620±5°C，在此溫度下保溫8 h，然后空冷至室溫。成品管材的外徑為270 mm,壁厚為0.8 mm。
[0041]實(shí)施例2
[0042]加工對(duì)象為GH4698合金異形管件，將GH4698合金鍛棒下料后，進(jìn)行沖孔和機(jī)加工，預(yù)制成外徑為Φ260 mm和內(nèi)徑為120 mm的空心坯料。用壁厚為10 mm的普炭鋼包套預(yù)制空心坯料，然后進(jìn)行熱模復(fù)合擠壓，擠壓速度為1.5 mm/s，擠壓比為2.7，擠壓溫度為1220 °C，擠壓工模具溫度為950 °C。機(jī)加工后，旋壓管坯的外徑為Φ256 mm，壁厚為10mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄強(qiáng)力旋壓，第一道次的減壁率為21%，后續(xù)道次減薄率為27%，進(jìn)給比為1.5 mm/r，固溶熱處理變形量為65%，固溶溫度為1100 °C，在此溫度下保溫Ih，然后水淬。熱處理后半成品管材外徑為240 mm，壁厚為2 mm。對(duì)半成品管材進(jìn)行縮徑旋壓(普旋)，進(jìn)給比為1.7 mm/r，管件縮徑后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為1100 °C，在此溫度下保溫I h，然后水淬。最后，對(duì)外徑小的一端進(jìn)行強(qiáng)力變薄旋壓，旋壓成變徑變截面異形管件(見附件圖2),管件的最小外徑為200 mm,最小壁厚為I mm,最大外徑為220 mm,最大壁厚為2 mm。成品采用標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度為:固溶溫度為1120± 10 °C，在此溫度下保溫8 h，之后空冷至室溫，然后在1000±10 °C溫度下保溫4 h，之后再次空冷至室溫，然后在775±10°C溫度下保溫16 h，之后空冷至室溫。
[0043]實(shí)施例3
[0044]加工對(duì)象為Monel400合金異形管件,將Monel400鍛棒下料后,進(jìn)行沖孔和機(jī)加工，預(yù)制成外徑為420 _和內(nèi)徑為180 _的空心坯料，然后進(jìn)行等溫復(fù)合擠壓，擠壓速度為0.5 mm/s,擠壓比為4.5,擠壓溫度為980 ,機(jī)加工后,旋壓管還的外徑為Φ410 mm,壁厚為12 mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，第一道次的減薄率為20%，后續(xù)道次減薄率為25%，進(jìn)給比為2 mm/r ο退火變形量為70%，退火溫度為900 V，在此溫度下保溫1.5ho熱處理后半成品管材外徑為396 mm,壁厚為4 mm。對(duì)熱處理后的管材進(jìn)行三道次強(qiáng)力旋壓帶出臺(tái)階，道次減薄率為20%，然后，對(duì)多臺(tái)階異形管件進(jìn)行退火，退火溫度為850 V，在此溫度下保溫I h。最后，對(duì)異形管的一端進(jìn)行收口旋壓，旋壓成多臺(tái)階縮口異形管件(見附件圖3),管件的最小壁厚為1.6 mm,最大壁厚為4 mm。成品退火溫度為615 °C,在此溫度下保溫I h。
[0045]實(shí)施例4
[0046]加工對(duì)象為Al203/6061鋁基復(fù)合材料管材，將復(fù)合材料鍛棒下料后，進(jìn)行沖孔和機(jī)加工，預(yù)制成外徑為420 _和內(nèi)徑為180 _的空心坯料。然后進(jìn)行等溫復(fù)合擠壓，擠壓速度為0.05 mm/s，擠壓比為4.5，擠壓溫度為485 V ;機(jī)加工后，復(fù)合材料旋壓管坯外徑為Φ410 mm，壁厚為12 mm。采用三輪強(qiáng)力旋壓機(jī)進(jìn)行變薄旋壓，熱旋壓溫度為500 °C，第一道次的減薄率為20%,后續(xù)道次減薄率為25%，工模具預(yù)熱溫度為300 V，并采用氧-乙炔火焰噴槍補(bǔ)熱，進(jìn)給比為0.8 mm/r，成品前兩道次采用溫旋，旋壓溫度為300 °C，道次減薄率為25%，進(jìn)給比為I mm/r。熱處理制度:固溶溫度為510 °C，在此溫度下保溫I h，然后室溫水淬；時(shí)效溫度為165 °C，在此溫度下保溫28 h。復(fù)合材料管材的外徑為390 mm，壁厚為3mmD
【權(quán)利要求】
1.一種大直徑管材及異形管件的制備加工方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將鍛棒沖孔預(yù)制成空心坯料，采用等溫或熱模復(fù)合擠壓工藝，對(duì)空心坯料進(jìn)行復(fù)合擠壓，制備出旋壓管坯； (2)機(jī)加工步驟(I)所得旋壓管坯內(nèi)外表面； (3)將步驟(2)的旋壓管坯，進(jìn)行多道次強(qiáng)力變薄旋壓，所述旋壓為熱旋或冷旋，得到半成品管材； (4)將步驟(3)半成品管材進(jìn)行中間熱處理，所述中間熱處理為退火或固溶處理； (5)對(duì)步驟(3)和(4)反復(fù)交替進(jìn)行，然后進(jìn)行成品管材強(qiáng)旋； (6)對(duì)步驟(4)所得的半成品管材，進(jìn)行多道次復(fù)合旋壓，所述多道次復(fù)合旋壓為強(qiáng)旋和普旋，得到異形管件； (7)對(duì)步驟(5)和(6)所得的管材和異形管件，經(jīng)酸洗和清洗后進(jìn)行成品熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所采用的材料為鎳基合金、鈦合金、鋯合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述空心坯料的外徑為Φ200mm?Φ 1000 mm，內(nèi)徑為 Φ80 mm ?Φ400 mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述復(fù)合擠壓的擠壓比為1.5?10，擠壓速度為0.01 mm/s?10 mm/s ;旋壓管還的直徑為Φ200 mm?Φ 1000 mm,壁厚為10 mm?80 mm,長(zhǎng)度為 300 mm ?2000 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:當(dāng)所采用的材料為鈦合金或非連續(xù)體增強(qiáng)金屬復(fù)合材料時(shí)，采用熱旋進(jìn)行多道次旋壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述半成品管材強(qiáng)旋的道次減薄率為10% ?40%,進(jìn)給比為 0.5 mm/r ?2.5 mm/r。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述中間熱處理間的變形量為45%?75%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述成品管材強(qiáng)旋的道次減薄率為10% ?35%,進(jìn)給比為 0.5 mm/r ?1.5 mm/r。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述異形管件采用多道次復(fù)合旋壓成形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述成品熱處理為真空退火或固溶與時(shí)效處理。
【文檔編號(hào)】B21C31/00GK103846305SQ201210524792
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】郭勝利 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院