一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法与流程

本发明属于环件轧制方法领域，尤其是一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法。

背景技术：

6061铝合金为a1-mg-si系可热处理强化铝合金，具有低密度、较高的比强度、良好的耐蚀性、焊接性、加工性等特性，在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。大型环件广泛应用与各工业领域，如运载火箭的过度环，核反应堆的加强圈，压力容器等。

环件轧制技术是一种生产无缝环件的特种加工工艺，目前国内在黑色金属和钛合金金属环轧方面研究较多，工程化应用较高，但是在铝合金环件，特别是超大型异形截面铝合金环轧研究方面几乎为零。主要原因是对铝合金异形截面环件的使用要求较少。但是随着航空航天工业的发展，超大型铝合金环件使用需求越来越多。目前国内生产铝合金环件直径基本都在10000mm以下，随着环件的尺寸增大，环件的刚性会大大减弱，轧制过程中导致塑性失稳，环轧过程中环的圆度和尺寸精度难以控制等问题，因轧制过程较复杂，对轧制工艺过程提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，主要解决直径10000mm以上的铝合金环件无法轧制的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：

（1）下料，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭；

（2）铸锭加热、保温；

（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；

首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔完成后回炉升温至470±5℃、保温4-6小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为4750-5250mm、内径为3750-4250mm、高度为520-530mm的环坯；

（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为2-3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5-0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45-0.5mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5-4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5-2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15-0.2mm/s,减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5-2mm/s、芯辊模具进给速度为1-2mm/s、锥辊模具进给速度为0.1-0.15mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s、锥辊模具进给速度为0，制得外径为7800-8300mm、内径为7200-7700mm、高度为500±5mm的矩形环坯；

（5）异形截面环件制作，步骤如下：将第（4）步骤制得的矩形环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将矩形环坯转运至异形环轧机上进行异形截面环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为1-2rad/s、芯辊模具进给速度为0.3-0.8mm/s，快速轧制阶段控制主辊模具转速为2-2.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.8-1.2mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.6mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.2-1.5mm/s、芯辊模具进给速度为0.8-1.3mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s,、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s，轧制成异形截面环件，环件外径为11000±15mm、内径为10600±15mm、高度为500±5mm；

（6）环件轧制结束后，平放空冷至室温；

（7）固溶：环件的固溶温度为535±5℃，保温5-7小时；

（8）时效处理：再将环件装入热处理炉中，加热至160±3℃，保温8-10小时，空冷；

（9）尺寸检测，对异形截面环件进行尺寸检测，异形截面环锻件圆度小于5‰，获得满足质量要求的环件。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（1）中下料高径比小于2.5，铸锭尺寸为直径1150mm、高度2800mm。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（2）中，铸锭放入电炉中加热升温，炉温控制在470±5℃，保温时间为20-24小时。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（3）中，冲孔内径为500mm，镦粗、冲孔、马架扩孔的温度为380℃-470℃。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（4）中，制作的矩形环坯圆度小于5‰，轧制过程中矩形环坯表面的温度为380℃-470℃。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（5）中，制作异形截面环件坯料表面温度为380℃-470℃。

对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（7）中，异形截面环件入水时间要求小于15秒，固溶水温为25-35℃。

有益效果：本发明以轧制超大直径异形截面环件为例，通过控制自由锻过程中坯料变形温度、尺寸；矩形环坯轧制过程中环坯温度、轴—径向进给运动的速度、尺寸；异形截面环件轧制过程中的温度、径向进给速度、尺寸；热处理过程中的温度、保温时间等,让整个轧制过程稳定持续进行，实现6061铝合金制造外径为11000±15mm、内径为10600±15mm、高度为500±5mm的超大直径异形截面环件；采用本发明所述的轧制方法能保持锻件流线完整，内部组织均匀，不需要进行焊接，加工周期短，材料利用率高，后续加工余量小等特点。

附图说明

图1是本发明中矩形环坯制作示意图。

图2是本发明中异形截面环件制作示意图。

图中1是主辊模具，2是环坯，3是导向辊，4是芯辊模具，5锥辊，6是环件。

具体实施方式

一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：

（1）下料，下料高径比小于2.5，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭，铸锭尺寸为直径1150mm、高度2800mm；

（2）铸锭放入电炉中加热升温，炉温控制在470℃，保温时间为22小时；

（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；

首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔内径为500mm，冲孔完成后回炉升温至470℃、保温5小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为5000mm、内径为4000mm、高度为525mm的环坯；所述镦粗、冲孔、马架扩孔的温度为450℃；

（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470℃、保温2小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下:设备工装涂润滑剂，对环坯表面、内孔喷涂润滑剂，轧制过程分咬入、快速轧制、稳定轧制、减速轧制及成形整圆五个阶段进行；五个阶段中的主辊模具、芯辊模具的工艺参数如下：如图1所示，咬入阶段控制主辊模具转速为2-3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5-0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5-4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5-2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5-2mm/s、芯辊模具进给速度为1-2mm/s、锥辊模具进给速度为0.1mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s、锥辊模具进给速度为0，制得外径为7800-8300mm、内径为7200-7700mm、高度为500±5mm的矩形环坯；

（5）异形截面环件制作，步骤如下：将第（4）步骤制得的矩形环坯回炉升温至470℃、保温2小时，然后将矩形环坯转运至异形环轧机上进行异形截面环件的制作，轧制步骤如下:设备工装涂润滑剂，对环坯表面、内孔喷涂润滑剂，轧制过程分咬入、快速轧制、稳定轧制、减速轧制及成形整圆五个阶段进行；五个阶段中的主辊模具、芯辊模具的工艺参数如下：如图2所示，咬入阶段控制主辊模具转速为1rad/s、芯辊模具进给速度为0.3mm/s，快速轧制阶段控制主辊模具转速为2rad/s、芯辊模具进给速度为0.8mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3rad/s、芯辊模具进给速度为1mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.2mm/s、芯辊模具进给速度为0.8mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1rad/s,、芯辊模具进给速度为0.1mm/s，如图2所示，轧制成异形截面环件，环件外径为11000mm、内径为10600mm、高度为500mm；制作异形截面环件坯料表面温度为470℃；

（6）环件轧制结束后，平放空冷至室温；

（7）固溶：异形截面环件入水时间要求小于15秒，固溶水温为25-35℃，环件的固溶温度为535℃，保温5小时；固溶温度指的是环件的温度，水温是介质温度；

（8）时效处理：再将环件装入热处理炉中，加热至160℃，保温8小时，空冷；

（9）尺寸检测，对异形截面环件进行尺寸检测，异形截面环锻件圆度小于5‰，获得满足质量要求的环件。

本说明书中所述矩形环坯是指环坯的横截面呈矩形；所述异形截面环件是指环件的横截面为非常规的形状，类似于“】【”形，即环件的内外环面上均成形有横截面呈异形的环槽。

本发明以轧制超大直径6061铝合金“】【”形截面环件为例，通过控制自由锻过程中坯料变形温度、尺寸；矩形环坯轧制过程中环坯温度、轴—径向进给运动的速度、尺寸；“】【”形截面环件轧制过程中的温度、轴-径向进给速度、尺寸；热处理过程中的温度、保温时间等,让整个轧制过程稳定持续进行。本发明能轧制流线完整、内部组织均匀、圆度小于5‰、外径11000±15mm，内径10600±15mm,高度500±5mm的超大直径“】【”形截面6061铝合金环件，必须具备以下创新点：1）工艺中各个步骤的创新参数；2）轧制两次：在矩形环坯制作中先确定环坯的高度，这样能省去异形截面环件制作中的轴向进给运动，从而减少了成形环节中因变量过多而导致产品不合格的问题；3）本发明制造的超大型“】【”形截面环件制造过程减少了机加工的工序，材料利用率高。原材料尺寸越大，铸造稳定性越差，环件质量无法保证，而原材料的节省，能有效避免因为铸锭过大造成的冶金缺陷。

本说明书中未作详细说明之处，为本领域公知的常识。