基于楔横轧的难变形材料制坯方法与流程

本发明属于难变形材料制坯加工方法领域，特别涉及为一种基于楔横轧的难变形材料制坯方法。

背景技术：

随着难变形材料零件在航空、航天、能源等领域的广泛应用，对构件的成形精度、微观组织、力学性能和使用可靠性提出了更高的要求。而现有的难变形制坯方法需要多工艺多道次而且对设备吨位要求很高，寻求一种高效高精度难变形材料制坯加工方法替代传统制坯技术对推动航空高端制造产业具有重要的社会意义。

针对于难变形材料制坯方法传统的加工工艺是：首先需要对棒料进行热处理加热，然后再挤压出零件外形，再用模锻制坯，因为材料为难变形材料，这样挤压成形和模锻成形时设备的吨位很大，同时采用挤压和模锻成形要预留飞边预料浪费原材料，而某些零件的局部很薄刚性差，在加工过程中受到残余应力等因素的作用极易产生变形。所以，传统机加工艺的成形精度低，材料利用率低、效率低、成品率低的缺点显著，这样严重制约了难成形材料的制造。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于楔横轧的难变形材料制坯方法，为了提高材料的利用率和生产效率，保证楔横轧制坯的成形精度、表面质量和力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种基于楔横轧的难变形材料制坯方法，包括如下步骤：

①通过胎模锻将原材料加工成圆棒状；

②采用热处理工艺对棒材进行固溶处理；

③采用热处理工艺对棒材进行时效处理；

④将热处理后的棒料加工成楔横轧所需尺寸；

⑤采用楔横轧技术进行分料制坯。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤①中，胎模锻原料为难变形材料：高温合金棒料或钛合金棒料。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤①中，胎模锻温度为890℃～1050℃。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤②中，固溶处理温度为980℃～1100℃，固溶处理时间20～40min。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤③中，时效处理温度900℃～925℃，时效处理时间24h～32h。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤④中，楔横轧的轧制速度为300mm/s～500mm/s。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤④中，棒料楔横轧的轧制温度为900℃～1000℃。

所述的基于楔横轧的难变形材料制坯方法，步骤④中，楔横轧的成形角为25°～32°，楔横轧的展宽角为6°～9°，楔横轧的断面收缩率为50％～65％。

本发明的设计思想是：

本发明为难变形材料零件的高效率高精度加工工艺，将金属热热模锻成棒料、在合理的热处理工艺条件下进行楔横轧成坯料。首先运用胎模锻技术将原料锻成棒料，然后将棒料进行热处理最后在合适的温度下进行楔横轧轧制制坯。采用楔横轧的工艺能够提高材料的利用率，同时由于楔横轧是局部成形从而能降低设备的吨位，制品的表面质量更高，力学性能更好，比传统的工艺相比不仅节材效率提高，产品质量也提高。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明采取锻造工艺将合金原料锻成圆棒料，采用锻造工艺可以保证合金在变形后具有组织致密，无缩松缺陷等优点。

2、本发明在锻造工艺后配合热处理工艺，可以通过热处理工艺达到组织及晶粒度调节，改善和提高合金的综合性能。

3、本发明局部成形方式代替传统的整体成形方式，可降低成形设备吨位。

4、本发明较传统的整体方法可提高材料的利用率，达到节材的目的。

5、本发明可根据零件整体性能要求实现零件不同部位不同变形量的要求，从而达到晶粒度控制的目的。

附图说明

图1为本发明楔横轧工艺原理示意图。图中，1上模具；2下模具；3轧件。

图2为本发明采用楔横轧工艺轧制完成的高温合金坯料示意图。图中，4试件一；5试件二；6试件三；7试件四。

具体实施方式

在具体实施过程中，如图1-图2所示，本发明基于楔横轧的难变形材料制坯加工方法，包括如下步骤：

(1)将原材料通过胎模锻为棒料，该生产方法所采用的难变形材料棒料，胎模锻温度为980℃～1050℃，这样得到的棒料组织力学性能更好，而且内部无疏松缺陷，利于楔横轧成形。

(2)热处理，对步骤1胎模锻成形的棒料进行固溶处理和时效处理，固溶处理和时效处理。

(3)将热处理后的棒料加工成楔横轧所需尺寸，采用楔横轧轧制工艺进行加工难变形材料坯料，该生产方法为步骤1、2的后续工艺，轧制速度为300mm/s～500mm/s，轧制温度900℃～1100℃，成形角25°～32°，展宽角6°～9°，断面收缩率50％～65％，得到加工零件所需坯料。

如图1所示，楔横轧包括上模具1、下模具2，上模具1和下模具2之间为轧件3。如图2所示，为了提高轧制效率，本发明楔横轧一次成型四件坯料(试件一4、试件二5、试件三6、试件四7)。楔横轧工艺效率更高，加工之后的零件力学性能更好，表面质量提高。

(4)楔横轧分料制坯。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，基于楔横轧的难变形材料制坯方法步骤如下：

(1)采用gh4169高温合金；

(2)将gh4169高温合金原料加工成棒料，将高温合金gh4169在电阻炉进行加热，加热至980℃进行胎模锻；

(3)机械加工成所需棒料尺寸；

(4)热处理：

1)将加工好的棒料在电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度1040℃，固溶处理时间40min；

2)将固溶处理的棒料进行时效处理，时效温度为920℃，时效时间24h；

3)最后采用机械加工成尺寸为φ38mm×115mm。

(5)楔横轧成形：

1)棒料加热温度为980℃，保证棒料在楔横轧时与模具接触温度损失最小，在棒料表面涂上玻璃润滑剂；

2)采取对称轧制方式，一次轧制4件，模具成形角30°，展宽角8°，断面收缩率60％，轧制速度408mm/s；

3)楔横轧成形后立刻进行水冷。

实施例2

本实施例中，基于楔横轧的难变形材料制坯方法步骤如下：

(1)采用胎模锻将原料锻成圆棒料，工艺流程同实施例1中的步骤1，原料为tc11钛合金，胎模锻温度920℃。

(2)热处理：

1)将加工好的棒料在电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度1060℃，固溶处理时间30min；

2)将固溶处理的棒料进行时效处理，时效温度为910℃，时效时间32h；

3)最后采用机械加工成尺寸为φ40mm×100mm；

(3)楔横轧成形：

1)棒料轧制温度为950℃，保证棒料在楔横轧时与模具接触温度损失最小，在棒料表面涂上玻璃润滑剂；

2)采取对称轧制方式，一次轧制4件，模具成形角为28°，展宽角7.5°，断面收缩率65％，轧制速度为300mm/s；

3)楔横轧成形后立刻进行水冷。

实施例结果表明，本发明针对难变形材料(高温合金、钛合金)的零件制造，通过局部塑性成形方法取代传统的整体成形方法，采用楔横轧制坯取代挤压、模锻制坯，通过优化热处理工艺及楔横轧轧制工艺获得综合性能良好的坯料。本发明可实现难变形材料的高效高精度成形，并达到节材节能，获得可观的经济效益和显著的社会效益。