CN105499449B - 消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法 - Google Patents

消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法 Download PDF

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Abstract

一种消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法，属于大型环件类生产技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：步骤一：直接加热由离心铸造出模的热环坯；步骤二：非常规技术辗扩热环坯：（1）径向辗扩，（2）非常规径‑轴向多次循环差温辗扩，（3）成形，（4）整圆。本发明优点是通过改进环坯的加热方式和改善环坯辗扩的受力状态，达到消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的目的，有效解决了应用铸锻一体化工艺生产大型环件存在表面裂纹、部分区域力学性能不达标、废品率高的问题。本发明方法生产的大型环件其成本比原来降低10%，产品合格率提高到90%以上，具有低成本高性能高效生产的优点。

Description

消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法
技术领域
本发明属于大型环件类生产技术领域，具体涉及一种消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法。
背景技术
环形零件是工业基础零件，在电力、冶金、石化、船舶、铁路、矿山、航空航天、国防等方面有广泛的应用。近年来，随着铸锻一体化技术的不断发展，铸造成型坯再复合锻造工艺直接加工成零件的方法成为研究热点。目前新开发的大型环件铸锻一体化生产工艺流程为：离心铸造环坯→冷坯加热→常规辗扩(专利号ZL201010132491.7《一种利用铸坯辗扩成形大型环件的方法》)。虽然铸辗复合成形技术与传统单一加工技术(冶炼钢锭→开坯→下料→加热→镦粗→拔长→冲孔→加热→辗扩)相比具有流程短、能耗小、成本低和生产率高等优点，但该项技术采用冷坯加热+常规辗扩工艺生产大型环件时，存在一些缺点。首先，离心铸造出模后的环坯在冷却过程中由于内外层较大的温差极易在表面产生纵向裂纹，如果这些裂纹在辗前冷坯加热时得不到有效愈合就会在随后的辗扩工艺中扩展，从而遗留在成形环件表面；再者，钢铁的冶金质量和凝固特性会使环坯内部不可避免的存在夹杂、疏松、偏析、裂纹等原始缺陷，采用常规技术辗环时，大部分辗扩力难以完全渗透入铸环坯心部，导致心部的原始缺陷得不到充分消除，从而遗传在环件组织内部。因此，由冷坯加热+常规辗扩生产的大型铸辗环件存在表面裂纹直观可见、部分区域力学性能不达标，废品率高的严重问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法，可有效地解决现有技术中存在的缺点。
本发明是这样实现的，其特征在于工艺步骤为：
步骤一：直接加热由离心铸造出模的热环坯：
将离心铸造出模温度为650～1100℃的环坯直接放入加热炉内加热至1200～1300℃，待环环内外温度一致后，再将其温度降至1150～1250℃，并保温5min；
步骤二：非常规技术辗扩热环坯：
将上述保温后的环坯用吊具放入图1所示的环件径-轴向数控辗环机内进行辗扩，辗扩工艺为；
(1)径向辗扩：依照芯辊4径向进给2～3mm/s、锥辊5轴向进给为零进行辗扩，使环坯外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的10％～20％；
(2)非常规径-轴向多次循环差温辗扩：依照芯辊4径向进给3～4mm/s、锥辊5轴向进给1.0～2.5mm/s进行辗扩，使环坯高度达到成品环件高度，环坯的外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的60％～80％，辗扩同时用水温10～20℃、水压8～10MPa、流量40～60m3/h的高压水向环坯与芯辊和上下锥辊的接触面处冲击；
(3)成形：依照芯辊4径向进给2～3mm/s、锥辊5轴向进给为零进行辗扩，使环坯的外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的90％～95％；
(4)整圆：依照芯辊4径向进给0.5～1mm/s、锥辊5轴向进给为零进行辗扩，环坯达到要求的成品环件尺寸。
本发明的优点及积极效果是：通过改进环坯的加热方式和改善环坯辗扩的受力状态，达到消除铸辗复合成形环件冶金缺陷的目的，有效解决了应用铸锻一体化工艺生产大型环件存在表面裂纹、部分区域力学性能不达标、废品率高的问题。本发明方法生产的大型环件其成本比原来降低10％，产品合格率提高到90％以上，具有低成本高性能高效生产的优点。
附图说明
图1是环件径-轴向辗扩示意图。
图中：1-驱动辊 2-环坯 3-导向辊 4-芯辊 5-锥辊
具体实施方式
实施例一：
如图1所示材质Q345B的环坯，其外径740mm、内径380mm、高度185mm，通过D53K-4000环件径-轴向数控辗扩机应用本发明工艺成形方法，生产外径1550mm、内径1306mm、高度105mm的法兰环件。其工艺步骤为：
步骤一：将离心铸造出模温度为680℃的环坯直接放入加热炉内加热至1300℃，待环坯内外温度一致后，再将其温度降至1250℃，并保温5min；
步骤二：将上述保温后的环坯放入D53K-4000环件径-轴向数控辗环机内进行辗扩，辗扩工艺如下：
(1)依照芯辊4径向进给2.5mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩40s，使辗后环坯尺寸为外径860mm、内径580mm、高度185mm；
(2)依照芯辊4径向进给3.5mm/s、锥辊5轴向进给1.6mm/s、辗扩50s，辗扩同时用水温10～20℃、水压9MPa、流量50m3/h的高压水向环坯与芯辊和上下锥辊的接触面处冲击，使辗后环坯尺寸为外径1255mm、内径930mm、高度105mm；
(3)依照芯辊4径向进给3mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩50s，使辗后环坯尺寸为外径1471mm、内径1230mm、高度105mm；
(4)依照芯辊4径向进给1mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩38s，使辗后环坯达到成品环件尺寸。
实施例二：
如图1所示材质42CrMo的环坯，其外径838mm、内径500mm、高度242mm，通过D53K-4000环件径-轴向数控辗扩机应用本发明工艺成形方法，生产外径1362mm、内径1174mm、高度230mm的轴承套圈环件。其工艺步骤为：
步骤一：将离心铸造出模温度为1050℃的环坯直接放入加热炉内加热至1200℃，待环坯内外温度一致后，再将其温度降至1150℃，并保温5min；
步骤二：将上述保温后的环坯放入D53K-4000环件径-轴向数控辗环机内进行辗扩，辗扩工艺如下：
(1)依照芯辊4径向进给2mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩30s，使辗后环坯尺寸为外径914.7mm、内径620mm、高度242mm；
(2)依照芯辊4径向进给3mm/s、锥辊5轴向进给1.5mm/s、辗扩8s，再依照芯辊4径向进给4mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩40s,辗扩同时用水温10～20℃、水压8MPa、流量40m3/h的高压水向环坯与芯辊和上下锥辊的接触面处冲击，使辗后环坯尺寸为外径1205mm、内径1044mm、高度230mm；
(3)依照芯辊4径向进给2mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩38s，使辗后环坯尺寸为外径1251mm、内径1140mm、高度230mm；
(4)依照芯辊4径向进给1mm/s、锥辊5轴向进给零、辗扩17s，使辗后环坯达到成品环件尺寸。
上述实施例加工的环件，观察成品环件的表面，其表面裂纹明显减少，加工后的环件表面也未发现微小裂纹存在；检测成品环件不同部位的力学性能，指标均达到实际使用要求；分析成品环件心部的微观组织，其组织致密晶粒细小。本发明工艺方法有效解决了应用铸锻一体化工艺生产大型环件废品率高的问题。

Claims (1)

1.一种消除铸辗复合成形大型环件冶金缺陷的方法，其特征在于工艺步骤是：
步骤一：直接加热由离心铸造出模的热环坯：
将离心铸造出模温度为650～1100℃的环坯直接放入加热炉内加热至1200～1300℃，待环坯内外温度一致后，再将其温度降至1150～1250℃，并保温5min；
步骤二：非常规技术辗扩热环坯：
将上述保温后的环坯用吊具放入环件径-轴向数控辗环机内进行辗扩，辗扩工艺为：
（1）径向辗扩：依照芯辊（4）径向进给2~3mm/s、锥辊（5）轴向进给为零进行辗扩，使环坯外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的10%~20%；
（2）非常规径-轴向多次循环差温辗扩：依照芯辊（4）径向进给3~4mm/s、锥辊（5）轴向进给1.0~2.5mm/s进行辗扩，使环坯高度达到成品环件高度，环坯的外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的60%~80%，辗扩同时用水温10~20℃、水压8~10MPa、流量40~60m3/h的高压水向环坯与芯辊和上下锥辊的接触面处冲击；
（3）成形：依照芯辊（4）径向进给2~3mm/s、锥辊（5）轴向进给为零进行辗扩，使环坯的外径尺寸增长到成品环件外径尺寸变形总量的90%~95%；
（4）整圆：依照芯辊（4）径向进给0.5~1mm/s、锥辊（5）轴向进给为零进行辗扩，环坯达到要求的成品环件尺寸。
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