本發(fā)明涉及軸類件的加工，尤其涉及一種無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法。

背景技術(shù)：

雙金屬復(fù)合軸具有良好的綜合性能，廣泛應(yīng)用于石油、化工、造船、能源、機(jī)械制造等領(lǐng)域，市場潛力巨大。但是，作為承受彎矩和扭矩載荷的實心軸類件，在服役時其心部材料并沒有完全發(fā)揮出材料的應(yīng)有作用，而隨著節(jié)約型社會以及降低能源消耗的需求，需要軸類件在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下應(yīng)盡可能地減輕本身質(zhì)量。

目前雙層復(fù)合空心軸的加工很多是通過雙管釬焊復(fù)合得到，具體方法為：在內(nèi)外層空心軸坯之間放置釬焊料，采用電感應(yīng)加熱或管式電爐加熱的方法，使釬焊料融化而將內(nèi)外層空心軸坯復(fù)合釬焊在一起得到雙層復(fù)合空心軸。但是這種方法所用的內(nèi)外層空心軸坯是經(jīng)過多道次加工的制成品，其工效低，不利于自動化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)工序簡單、材料利用率高、能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且節(jié)能降耗的無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法，本方法中所使用的連鑄裝置包括基層中間包、覆層中間包、隔離棒、冷卻結(jié)晶器和電磁攪拌器，所述的基層中間包的下端固定設(shè)置有基層澆注管，所述的覆層中間包的下端固定設(shè)置有覆層澆注管，所述的基層澆注管同軸設(shè)置在所述的覆層澆注管內(nèi)，所述的隔離棒同軸設(shè)置在所述的基層澆注管內(nèi)且向下穿出所述的基層澆注管，所述的冷卻結(jié)晶器同軸固定在所述的覆層澆注管上，所述的電磁攪拌器同軸安裝在所述的冷卻結(jié)晶器上，本方法的具體加工步驟為：

（1）、將覆層鋼液加入覆層中間包中，電磁攪拌器對覆層鋼液進(jìn)行攪拌，同時冷卻結(jié)晶器對覆層鋼液進(jìn)行一次冷卻，使覆層鋼液在覆層澆注管與基層澆注管之間凝固成外徑為30～200mm的覆層金屬管；

（2）、將基層鋼液加入基層中間包中，電磁攪拌器對基層鋼液進(jìn)行攪拌，基層鋼液沿著基層澆注管和隔離棒之間的環(huán)形空隙注入到覆層金屬管中，并與覆層金屬管內(nèi)部未完全凝固部分相結(jié)合，在冷卻結(jié)晶器的冷卻下凝固形成內(nèi)孔直徑為10～100mm的雙層復(fù)合空心棒料；

（3）、對雙層復(fù)合空心棒料進(jìn)行二次冷卻，并控制雙層復(fù)合空心棒料的基層內(nèi)表面溫度為950℃～1050℃、覆層外表面溫度為750℃～800℃；

（4）、在雙層復(fù)合空心棒料的內(nèi)孔中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，金屬棒料的直徑比雙層復(fù)合空心棒料的內(nèi)孔直徑小1mm左右，然后通過牽引設(shè)備牽引雙層復(fù)合空心棒料沿其軸向進(jìn)給；金屬棒料在雙層復(fù)合空心棒料的牽引過程中對其起到支撐內(nèi)孔的作用，防止雙層復(fù)合空心棒料在牽引過程中被壓扁；

（5）、在雙層復(fù)合空心棒料的外表面按設(shè)定的尺寸間隔擠壓出軸向截面為半橢圓狀或尖角狀的環(huán)形凹槽；

（6）、切割機(jī)沿環(huán)形凹槽的最底部徑向切斷雙層復(fù)合空心棒料，使雙層復(fù)合空心棒料的兩端均為圓臺形；

（7）、將雙層復(fù)合空心棒料馬上放到楔橫軋機(jī)上軋制，在控制軋件的斷面收縮率為50%～60%的條件下軋制得到無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸。

進(jìn)一步地，所述的步驟（7）中，先在雙層復(fù)合空心棒料中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，然后將雙層復(fù)合空心棒料馬上放到楔橫軋機(jī)上軋制。

本發(fā)明中，基層鋼液和覆層鋼液為兩種不同材料的鋼液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：

（1）、將基層鋼液和覆層鋼液通過連鑄裝置直接鑄造得到雙層復(fù)合空心棒料，并將帶有余溫的雙層復(fù)合空心棒料直接軋制，得到無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸，簡化了雙層復(fù)合空心軸的生產(chǎn)工序，操作易于自動化，提高了生產(chǎn)效率，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且避免了楔橫軋的二次加熱，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2）、由于基層澆注管設(shè)置在覆層澆注管內(nèi)，覆層鋼液在覆層澆注管與基層澆注管之間凝固成覆層金屬管，再將基層鋼液沿著基層澆注管和隔離棒之間的環(huán)形空隙注入到覆層金屬管中形成雙層復(fù)合空心棒料，中間過程無氧化作用，提高了雙層復(fù)合界面的結(jié)合性能，為后續(xù)雙層復(fù)合空心軸質(zhì)量的提高奠定基礎(chǔ)。

（3）、整個加工過程中，通過連鑄得到雙層復(fù)合空心棒料，并控制雙層復(fù)合空心棒料從內(nèi)部到表面的溫度梯度，且將雙層復(fù)合空心棒料的兩端擠壓成圓臺形，使得雙層復(fù)合空心棒料在楔橫軋軋制時，能更好地避免端部凹心的產(chǎn)生，進(jìn)一步地提高了產(chǎn)品的材料利用率，材料利用率可達(dá)到98%以上。

（4）、在楔橫軋時，控制軋件的斷面收縮率為50%～60%，在楔橫軋大斷面收縮率下軋制，可以打碎鑄件枝晶，使得晶粒細(xì)化，得到高質(zhì)量的軋件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的連鑄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的雙層復(fù)合空心棒料在擠壓后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的雙層復(fù)合空心棒料切斷后的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實施例一：一種無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法，本方法中所使用的連鑄裝置包括基層中間包1、覆層中間包2、隔離棒9、冷卻結(jié)晶器3和電磁攪拌器4，基層中間包1的下端固定設(shè)置有基層澆注管11，覆層中間包2的下端固定設(shè)置有覆層澆注管21，基層澆注管11同軸設(shè)置在覆層澆注管21內(nèi)，隔離棒9同軸設(shè)置在基層澆注管11內(nèi)且向下穿出基層澆注管11，冷卻結(jié)晶器3同軸固定在覆層澆注管21上，電磁攪拌器4同軸安裝在冷卻結(jié)晶器3上，本方法的具體加工步驟為：

（1）、將材料為Q235的覆層鋼液5加入覆層中間包2中，電磁攪拌器4對覆層鋼液5進(jìn)行攪拌，同時冷卻結(jié)晶器3對覆層鋼液5進(jìn)行一次冷卻，使覆層鋼液5在覆層澆注管21與基層澆注管11之間凝固成外徑為30mm的覆層金屬管6；

（2）、將材料為42CrMo的基層鋼液7加入基層中間包1中，電磁攪拌器4對基層鋼液7進(jìn)行攪拌，基層鋼液7沿著基層澆注管44和隔離棒9之間的環(huán)形空隙注入到覆層金屬管6中，并與覆層金屬管6內(nèi)部未完全凝固部分相結(jié)合，在冷卻結(jié)晶器3的冷卻下凝固形成內(nèi)孔直徑為10mm的雙層復(fù)合空心棒料8；

（3）、對雙層復(fù)合空心棒料8進(jìn)行二次冷卻，并控制雙層復(fù)合空心棒料8的基層81內(nèi)表面溫度為950℃、覆層82外表面溫度為800℃；

（4）、在雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，金屬棒料的直徑比雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔直徑小1mm左右，然后通過牽引設(shè)備牽引雙層復(fù)合空心棒料8沿其軸向進(jìn)給；

（5）、在雙層復(fù)合空心棒料8的外表面按設(shè)定的尺寸間隔擠壓出軸向截面為半橢圓狀或尖角狀的環(huán)形凹槽83，如圖2所示；

（6）、切割機(jī)沿環(huán)形凹槽83的最底部徑向切斷雙層復(fù)合空心棒料8，使雙層復(fù)合空心棒料8的兩端均為圓臺形，如圖3所示；

（7）、將雙層復(fù)合空心棒料8馬上放到楔橫軋機(jī)上軋制，在控制軋件的斷面收縮率為50%的條件下軋制得到無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸。

實施例二：一種無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法，本方法中所使用的連鑄裝置包括基層中間包1、覆層中間包2、隔離棒9、冷卻結(jié)晶器3和電磁攪拌器4，基層中間包1的下端固定設(shè)置有基層澆注管11，覆層中間包2的下端固定設(shè)置有覆層澆注管21，基層澆注管11同軸設(shè)置在覆層澆注管21內(nèi)，隔離棒9同軸設(shè)置在基層澆注管11內(nèi)且向下穿出基層澆注管11，冷卻結(jié)晶器3同軸固定在覆層澆注管21上，電磁攪拌器4同軸安裝在冷卻結(jié)晶器3上，本方法的具體加工步驟為：

（1）、將材料為45#鋼的覆層鋼液5加入覆層中間包2中，電磁攪拌器4對覆層鋼液5進(jìn)行攪拌，同時冷卻結(jié)晶器3對覆層鋼液5進(jìn)行一次冷卻，使覆層鋼液5在覆層澆注管21與基層澆注管11之間凝固成外徑為100mm的覆層金屬管6；

（2）、將材料為42CrMo的基層鋼液7加入基層中間包1中，電磁攪拌器4對基層鋼液7進(jìn)行攪拌，基層鋼液7沿著基層澆注管44和隔離棒9之間的環(huán)形空隙注入到覆層金屬管6中，并與覆層金屬管6內(nèi)部未完全凝固部分相結(jié)合，在冷卻結(jié)晶器3的冷卻下凝固形成內(nèi)孔直徑為50mm的雙層復(fù)合空心棒料8；

（3）、對雙層復(fù)合空心棒料8進(jìn)行二次冷卻，并控制雙層復(fù)合空心棒料8的基層81內(nèi)表面溫度為1000℃、覆層82外表面溫度為750℃；

（4）、在雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，金屬棒料的直徑比雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔直徑小1mm左右，然后通過牽引設(shè)備牽引雙層復(fù)合空心棒料8沿其軸向進(jìn)給；

（5）、在雙層復(fù)合空心棒料8的外表面按設(shè)定的尺寸間隔擠壓出軸向截面為半橢圓狀或尖角狀的環(huán)形凹槽83，如圖2所示；

（6）、切割機(jī)沿環(huán)形凹槽83的最底部徑向切斷雙層復(fù)合空心棒料8，使雙層復(fù)合空心棒料8的兩端均為圓臺形，如圖3所示；

（7）、將雙層復(fù)合空心棒料8馬上放到楔橫軋機(jī)上軋制，在控制軋件的斷面收縮率為55%的條件下軋制得到無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸。

實施例三：一種無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的連鑄—楔橫軋成形方法，本方法中所使用的連鑄裝置包括基層中間包1、覆層中間包2、隔離棒9、冷卻結(jié)晶器3和電磁攪拌器4，基層中間包1的下端固定設(shè)置有基層澆注管11，覆層中間包2的下端固定設(shè)置有覆層澆注管21，基層澆注管11同軸設(shè)置在覆層澆注管21內(nèi)，隔離棒9同軸設(shè)置在基層澆注管11內(nèi)且向下穿出基層澆注管11，冷卻結(jié)晶器3同軸固定在覆層澆注管21上，電磁攪拌器4同軸安裝在冷卻結(jié)晶器3上，本方法的具體加工步驟為：

（1）、將材料12Cr18Ni9Ti的覆層鋼液5加入覆層中間包2中，電磁攪拌器4對覆層鋼液5進(jìn)行攪拌，同時冷卻結(jié)晶器3對覆層鋼液5進(jìn)行一次冷卻，使覆層鋼液5在覆層澆注管21與基層澆注管11之間凝固成外徑為200mm的覆層金屬管6；

（2）、將材料為45#鋼的基層鋼液7加入基層中間包1中，電磁攪拌器4對基層鋼液7進(jìn)行攪拌，基層鋼液7沿著基層澆注管44和隔離棒9之間的環(huán)形空隙注入到覆層金屬管6中，并與覆層金屬管6內(nèi)部未完全凝固部分相結(jié)合，在冷卻結(jié)晶器3的冷卻下凝固形成內(nèi)孔直徑為100mm的雙層復(fù)合空心棒料8；

（3）、對雙層復(fù)合空心棒料8進(jìn)行二次冷卻，并控制雙層復(fù)合空心棒料8的基層81內(nèi)表面溫度為1050℃、覆層82外表面溫度為750℃；

（4）、在雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，金屬棒料的直徑比雙層復(fù)合空心棒料8的內(nèi)孔直徑小1mm左右，然后通過牽引設(shè)備牽引雙層復(fù)合空心棒料8沿其軸向進(jìn)給；

（5）、在雙層復(fù)合空心棒料8的外表面按設(shè)定的尺寸間隔擠壓出軸向截面為半橢圓狀或尖角狀的環(huán)形凹槽83，如圖2所示；

（6）、切割機(jī)沿環(huán)形凹槽83的最底部徑向切斷雙層復(fù)合空心棒料8，使雙層復(fù)合空心棒料8的兩端均為圓臺形，如圖3所示；

（7）、在雙層復(fù)合空心棒料中插入常溫且耐高溫的金屬棒料，然后將雙層復(fù)合空心棒料8馬上放到楔橫軋機(jī)上軋制，在控制軋件的斷面收縮率為60%的條件下軋制得到無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸。

此外，上述方法也適用于材料為不同有色金屬的無料頭雙金屬層復(fù)合空心軸的加工。