專利名稱：模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法
技術領域：
本發明涉及一種具有復雜截面的大直徑金屬環件的短流程加工成形方法，具體的涉及一種模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法。
背景技術：
采用模具鋼制作的大型環件主要用于油氣等領域，工作環境惡劣。特殊的使用環境對環件的尺寸精度和綜合力學性能提出了近乎苛刻的要求一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后續機加成形，浪費大量人力物力的同時嚴重降低環件使用性能；另一方面要求零件具有優異的組織狀態以達到綜合力學性能的要求。目前，復雜截面環件的制備通常采用熱軋制(也稱作熱輾擴)與機械切削加工聯合完成。該工藝基于成形錠坯軋制出矩形截面的環坯，再通過機械切削將矩形截面加工成所 需要的復雜截面。主要加工工藝流程為冶煉一開坯一下料一鐓粗一沖孔一熱軋制一熱處理一機械加工。該工藝存在以下幾個方面的問題
1)流程冗長，工序繁多，生產效率低；
2)輾擴環坯需沖孔制備，且最終截面形狀需通過切削多余敷料保證，材料利用率低；
3)機械加工過程切斷金屬流線，導致環件綜合力學性能下降；
4)制備過程需反復加熱，導致晶粒粗大，表面氧化嚴重，能源損耗大。公開號為CN 101817134A的中國專利公開了一種金屬環件短流程鑄輾復合成形的方法，該金屬環件短流程鑄輾復合成形的方法雖然在一定程度上滿足生產流程短，節省能源、材料和人力的有益效果，但是該方法采用離心鑄造環坯，無法滿足復雜截面環件的加工要求，且生產得到的金屬環件的綜合力學性能還達不到極端環境的使用要求。鑒于此，本發明旨在探索一種模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，該方法不僅能夠簡化模具鋼大型環件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產效率，而且還能夠有效改善合金環件的微觀組織狀態，提高綜合力學性能。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提出一種模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，該復合成形方法不僅能夠簡化合金環件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產效率，而且還能夠有效改善模具鋼環件的微觀組織狀態，提高綜合力學性能。要實現上述技術目的，本發明的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括溶煉一液態模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整；
所述液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1600-1650 °C，加壓速度為30-60 mm/s，充型時間1-6 S，比壓150-200 MPa，并在該壓力下保壓35-100 S，得到近終截面環坯；
所述余熱等溫軋制為經均勻化后的近終截面環坯降溫至1000-118(TC時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。
進一步，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內爐外精煉，且爐外精煉的溫度為1600-1650 V ；
進一步，將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至150-200 1時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至350-400 V ；
進一步，所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，所述快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度、_與徑向進給速度Ve@滿足V$_=0. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差30-50 mm時，軸向軋棍抬起；
進一步，軋制模具與坯料溫差為±10°c ；
進一步，徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值；
進一步，所述精整為冷精整；
進一步，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主棍轉速為O. 5-0. 8 rad/s,芯棍進給速度為1-30 mm/s ；
進一步，所述液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，且液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸；
進一步，所述余熱軋制的輾擴比> I. 4，控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度(3°，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑彡330_。本發明的有益效果為
本發明的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法采用熔煉一液態模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態模鍛工藝得到近終截面環坯，并利用環坯凝固的余熱直接輾擴成形，與傳統工藝相比，具有以下優點
1)短流程，有效提高生產效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環件的復雜截面依靠液態模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現近終成形；
3)液鍛環坯組織狀態顯著優于普通鑄造環坯，輔以后續的熱軋制成形可充分保證環坯材料的鍛態改性，獲得細密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
5)坯料無須反復加熱，節能減排，實現綠色制造。 因此，本發明的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法有效簡化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產率和經濟效益，具有巨大的發展潛力和廣闊的推廣應用前景。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法的具體實施方式
作詳細說明。第一實施例
本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括熔煉一液態模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實施例的模具鋼為5CrNiMo。 熔煉為將模具鋼在熔化爐內進行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內爐外精煉，且本實施例爐外精煉的溫度為1600 V。液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1600 °C，加壓速度為30 mm/s，充型時間6S，比壓150 MPa，并在該壓力下保壓100s，得到近終截面環坯。比壓是指液態金屬在壓力下冷卻承受的單位壓力。優選的，將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，并預熱至150°〇時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至350°C，通過在液態模鍛模具型腔內噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態模鍛制成近終截面環坯，使5CrNiMo模具鋼在壓力下結晶、成形并產生少量塑性變形，獲得內部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優質液態模鍛件。液態模鍛具有以下工藝特點
1)液態模鍛可以消除鑄件內部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應力狀態，有利于鑄件的補縮和防止鑄造裂紋的產生；
4)液態模鍛工藝非常適合制備截面復雜的環坯，可有效降低成本，提高環件的材料利用率。液態模鍛技術還具有工藝簡單、鑄件機械性能好、生產效率高、成本相對較低等優點。余熱等溫軋制為經均勻化后的近終截面環坯降溫至KKKTC時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。本實施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段共四個階段，快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 5Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差30mm時，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實施例的軋制模具與坯料溫差為0°C。徑軸復合軋環機的軋輥異形孔型依據環件產品截面設計，并與液態模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。優選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主輥轉速為O. 5rad/s，芯輥進給速度為25mm/s。進一步，本實施例的精整為冷精整。
進一步，液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸，具體尺寸根據輾擴比確定。進一步，余熱軋制的輾擴比≥I. 4，本實施例的輾擴比=1. 4，以保證最終環件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度< 3°本實施例的近終截面環坯內孔偏心度為1°，保證最終環坯幾何精度和重量精度，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑≥330mm。本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法采用熔煉一液態模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態模鍛工藝得到近終截面環坯，并利用環坯凝固的余熱直接輾擴成形，與傳統工藝相比，具有以下優點
1)短流程，有效提高生產效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環件的復雜截面依靠液態模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現近終成形；
3)液鍛環坯組織狀態顯著優于普通鑄造環坯，輔以后續的熱軋制成形可充分保證環坯材料的鍛態改性，獲得細密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
5)還料無須反復加熱，節能減排，實現綠色制造；
因此，本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法有效簡化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產率和經濟效益，具有巨大的發展潛力和廣闊的推廣應用前景。第二實施例
本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括熔煉一液態模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實施例的模具鋼為5CrMnMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內進行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內爐外精煉，且本實施例爐外精煉的溫度為1650 V。液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1650°C，加壓速度為60mm/s，充型時間IS，比壓200 MPa，并在該壓力下保壓35s，得到近終截面環坯。優選的，將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，并預熱至200°C時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度20 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至400°C，通過在液態模鍛模具型腔內噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態模鍛制成近終截面環坯，使5CrMnMo模具鋼在壓力下結晶、成形并產生少量塑性變形，獲得內部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優質液態模鍛件。液態模鍛具有以下工藝特點1)液態模鍛可以消除鑄件內部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應力狀態，有利于鑄件的補縮和防止鑄造裂紋的產生；
4)液態模鍛工藝非常適合制備截面復雜的環坯，可有效降低成本，提高環件的材料利用率。液態模鍛技術還具有工藝簡單、鑄件機械性能好、生產效率高、成本相對較低等優點。余熱等溫軋制為經均勻化處理后的近終截面環坯降溫至1180°C時，在徑軸復合 軋環機上進行余熱等溫軋制。本實施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段共四個階段，快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 6Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差50mm時，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實施例的軋制模具與坯料溫差為10°C。徑軸復合軋環機的軋輥異形孔型依據環件產品截面設計，并與液態模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。優選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主輥轉速為O. 8rad/s，芯輥進給速度為 30mm/s。進一步，本實施例的精整為冷精整。進一步，液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸，具體尺寸根據輾擴比確定。進一步，余熱軋制的輾擴比> I. 4，本實施例的輾擴比=3，以保證最終環件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度< 3°本實施例的近終截面環坯內孔偏心度為2。，保證最終環坯幾何精度和重量精度，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑> 330mm。本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法采用熔煉一液態模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態模鍛工藝得到近終截面環坯，并利用環坯凝固的余熱直接輾擴成形，與傳統工藝相比，具有以下優點
O短流程，有效提高生產效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環件的復雜截面依靠液態模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現近終成形；
3)液鍛環坯組織狀態顯著優于普通鑄造環坯，輔以后續的熱軋制成形可充分保證環坯材料的鍛態改性，獲得細密且均勻化的組織；4)精整工序有效保證環件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
5)還料無須反復加熱，節能減排，實現綠色制造；
因此，本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法有效簡化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產率和經濟效益，具有巨大的發展潛力和廣闊的推廣應用前景。第三實施例
本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括熔煉一液態模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實施例的模具鋼為5CrNiMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內進行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包 精煉爐內爐外精煉，且本實施例爐外精煉的溫度為1640 V。液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1620°C，加壓速度為35mm/s，充型時間5S，比壓180 MPa，并在該壓力下保壓50s，得到近終截面環坯。優選的，將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，并預熱至180°C時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度15 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至350°C，通過在液態模鍛模具型腔內噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態模鍛制成近終截面環坯，使5CrNiMo模具鋼在壓力下結晶、成形并產生少量塑性變形，獲得內部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優質液態模鍛件。液態模鍛具有以下工藝特點
1)液態模鍛可以消除鑄件內部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應力狀態，有利于鑄件的補縮和防止鑄造裂紋的產生；
4)液態模鍛工藝非常適合制備截面復雜的環坯，可有效降低成本，提高環件的材料利用率。液態模鍛技術還具有工藝簡單、鑄件機械性能好、生產效率高、成本相對較低等優點。余熱等溫軋制為經均勻化后的近終截面環坯降溫至1080°C時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。本實施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段共四個階段，快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度^_與徑向進給速度滿足V$_=0. 55Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差40mm時，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實施例的軋制模具與坯料溫差為-io°c。徑軸復合軋環機的軋輥異形孔型依據環件產品截面設計，并與液態模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。優選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主輥轉速為O. 7rad/s，芯輥進給速度為1mm/sη
進一步，本實施例的精整為冷精整。進一步，液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸，具體尺寸根據輾擴比確定。進一步，余熱軋制的輾擴比> I. 4，本實施例的輾擴比=2，以保證最終環件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度< 3°，本實施例的近終截面環坯內孔偏心度為3°，保證最終環坯幾何精度和重量精度，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑> 330mm。本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法采用熔煉一液態 模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態模鍛工藝得到近終截面環坯，并利用環坯凝固的余熱直接輾擴成形，與傳統工藝相比，具有以下優點
O短流程，有效提高生產效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環件的復雜截面依靠液態模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現近終成形；
3)液鍛環坯組織狀態顯著優于普通鑄造環坯，輔以后續的熱軋制成形可充分保證環坯材料的鍛態改性，獲得細密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
5)還料無須反復加熱，節能減排，實現綠色制造；
因此，本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法有效簡化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產率和經濟效益，具有巨大的發展潛力和廣闊的推廣應用前景。第四實施例
本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括熔煉一液態模鍛—均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整，本實施例的模具鋼為5CrMnMo。熔煉為將模具鋼在熔化爐內進行熔煉，模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內爐外精煉，且本實施例爐外精煉的溫度為1640 V。液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉后得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1630°C，加壓速度為55 mm/s，充型時間3S，比壓170 MPa，并在該壓力下保壓80s，得到近終截面環坯。優選的，將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，并預熱至180°C時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度15 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至360°C，通過在液態模鍛模具型腔內噴上一層釔氧化物基耐火涂層，能夠方便脫模。采用液態模鍛制成近終截面環坯，使5CrMnMo模具鋼在壓力下結晶、成形并產生少量塑性變形，獲得內部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優質液態模鍛件。液態模鍛具有以下工藝特點
1)液態模鍛可以消除鑄件內部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應力狀態，有利于鑄件的補縮和防止鑄造裂紋的產生；
4)液態模鍛工藝非常適合制備截面復雜的環坯，可有效降低成本，提高環件的材料利用率。液態模鍛技術還具有工藝簡單、鑄件機械性能好、生產效率高、成本相對較低等優點。余熱等溫軋制為經均勻化后的近終截面環坯降溫至1100°C時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。本實施例的余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段共四個階段，快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度^_與徑向進給速度滿足V$_=0. 55Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差40mm時，軸向軋輥抬起，在余熱等溫軋制過程中，軋制模具與坯料溫差為±10°C。本實施例的軋制模具與坯料溫差為0°C。徑軸復合軋環機的軋輥異形孔型依據環件產品截面設計，并與液態模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。優選的，在余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主輥轉速為O. 6rad/s，芯輥進給速度為10mm/so進一步，本實施例的精整為冷精整。進一步，液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸，具體尺寸根據輾擴比確定。進一步，余熱軋制的輾擴比彡I. 4，本實施例的輾擴比=1. 5，以保證最終環件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度<3°，本實施例的近終截面環坯內孔偏心度為3°，保證最終環坯幾何精度和重量精度，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑彡330mm。本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法采用熔煉一液態模鍛一均勻化一余熱軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉模具鋼溶液，隨后采用液態模鍛工藝得到近終截面環坯，并利用環坯凝固的余熱直接輾擴成形，與傳統工藝相比，具有以下優點
O短流程，有效提高生產效率；
2)無沖孔工序，模具鋼環件的復雜截面依靠液態模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現近終成形；
3)液鍛環坯組織狀態顯著優于普通鑄造環坯，輔以后續的熱軋制成形可充分保證環坯、材料的鍛態改性，獲得細密且均勻化的組織；
4)精整工序有效保證環件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
5)還料無須反復加熱，節能減排，實現綠色制造；
因此，本實施例的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法有效簡化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產率和經濟效益，具有巨大的發展潛力和廣闊的推廣應用前景。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于包括熔煉一液態模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整； 所述液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1600-1650で，加壓速度為30-60 mm/s，充型時間1-6 S，比壓150-200 MPa，并在該壓カ下保壓35-100 S，得到近終截面環坯； 所述余熱等溫軋制為經均勻化處理后的近終截面環坯降溫至1000-1180°C時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。
2.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在干模具鋼熔煉完成后，將模具鋼溶液在鋼包精煉爐內進行爐外精煉，且爐外精煉的溫度為 1600-1650 0C0
3.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至150-200で時，在液態模鍛模具型腔內均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m，繼續預熱液態模鍛模具至 350-400 V ο
4.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在干所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，所述快速輾擴階段和穩定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足Vf^=O. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環坯的外徑與成品環相差30-50 mm時，軸向軋輥抬起。
5.根據權利要求4所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于軋制模具與還料溫差為±10°C。
6.根據權利要求4所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于徑軸復合軋環機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。
7.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述精整為冷精整。
8.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環機的主輥轉速為O. 5-0. 8 rad/s,芯輥進給速度為 1-30 mm/sο
9.根據權利要求1-8任一項所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在干所述液態模鍛模具的型腔形狀與環件的形狀相似，在液態模鍛模具的設計時，選取內/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，并根據余熱軋制時軋輥與近終截面環坯接觸的形狀設置液態模鍛模具的型腔，且液態模鍛模具型腔的閉合尺寸與環件最終截面尺寸相比液態模鍛模具的徑向尺寸大于環件的徑向尺寸，液態模鍛模具的軸向尺寸小于環件的徑向尺寸。
10.根據權利要求I所述的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述余熱軋制的輾擴比> I. 4，控制軋制后的近終截面環坯的內孔偏心度< 3°，液態模鍛得到的近終截面環坯的芯孔直徑> 330_。
全文摘要
本發明公開了一種模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法，包括熔煉→液態模鍛→均勻化→余熱等溫軋制→熱處理→精整；所述液態模鍛為將液態模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將熔煉得到的模具鋼溶液定量澆注到液態模鍛模具內，澆注溫度為1600-1650℃，加壓速度為30-60mm/s，充型時間1-6s，比壓150-200MPa，并在該壓力下保壓35-100s，得到近終截面環坯；所述余熱等溫軋制為均勻化后的近終截面環坯降溫至1000-1180℃時，在徑軸復合軋環機上進行余熱等溫軋制。本發明的模具鋼異截面大型環件液態模鍛軋制復合成形方法不僅能夠簡化合金環件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產效率，而且還能夠有效改善模具鋼環件的微觀組織狀態，提高綜合力學性能。
文檔編號B22D18/02GK102699634SQ20121020046
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者于文斌, 李路, 王放, 陳志謙 申請人:西南大學