一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法技术

本发明专利技术属于环轧成形技术领域，具体涉及一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法。本发明专利技术技术方案采用环轧成形技术，通过控制超大规格铝合金环件的轧制变形温度、直径增大速率、径轴向进给速率、径轴向压下量、轧制比、芯辊直径、环轧火次等，实现了超大直径铝合金整体环轧制过程的稳定持续进行，有效控制了环件尺寸精度、椭圆度及径轴向变形量，提高了产品质量一致性和产品合格率，满足了产品的技术指标要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环轧成形
，具体涉及一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法。
技术介绍
大型环件被广泛应用于各工业领域，如风电设备的轴承套圈及齿轮环坯、运载火箭的过渡环、压力容器及核反应堆的加强圈等。近年来，随着工业的发展，各行业对大型环件的需求量越来越大、性能要求也越来越高，因此研究大型环件的制造工艺显得尤为重要。整体环轧制成形属于径向-轴向压缩、切向延伸的锻造过程，包括：直线进给运动、旋转轧制运动、导向运动以及环件自身的转动和直径扩大运动，这使得控制环件轧制成形过程极为复杂。采用该技术生产的特大型环锻件，不仅具有外形尺寸精度高、材料消耗少等特点，并且能有效改善材料内部组织结构及其均匀性，金属纤维沿圆周连续排列，与零件的受力和磨损相适应，内在质量优良、综合性能高。同时整体锻环为整体机加工件，因此大型整体环轧成形件加工后零件的尺寸精度高、质量一致性和稳定性好、可靠性高。目前，国内多家单位成功轧制出直径5米级2219铝合金环件，并在航空航天领域得到了广泛地应用，但是直径5米以上的铝合金整体环件在国内还属空白。随着环件尺寸的进一步增大，特别是直径大于8m后，环件的刚性大大减弱，轧制过程中容易产生塑性失稳，使得环轧过程中环件的圆度及尺寸精度很难控制；同时由于大型环件的截面变化大，环轧过程中容易产生折叠、粘辊、表面起皮、多边形等缺陷，从而导致环件轧制过程终止或者产品报废，因此其轧制工艺过程更加复杂，对轧制工艺过程的控制也提出了更高的要求。因此，精确调控超大直径整体环件的成形工艺过程，实现Φ8-10m环件产品“形状-性能”的协同控制，对提高国内超大直径环件的轧制技术水平有很大促进作用，成为我国在此
内亟需解决的重要技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是实现Φ8-10m超大直径铝合金整体环轧制成形，控制环件的圆度和尺寸精度，保证环件轧制过程稳定持续进行，对超大直径铝合金整体环件的“形-性”协同控制，从而满足我国超大直径整体环件的使用要求。为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是：一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法，包括如下步骤：(1)环坯制备：通过自由锻造方法制备所需规格的环坯，进行车加工及超声波探伤检测，保证获得合格的环轧坯料；锻造加工：自由锻方式获得外径为3500～4500mm、内径为3000～3500mm、高度为500～650mm的环坯；车加工：对环坯上、下端面及内、外圆面进行车加工，去除表面黑皮及折叠伤，表面粗糙度达到Ra3.2以上，圆度控制在1mm以内；超声波探伤：对坯料上端面进行100％超声波探伤，按GJB2057标准A级验收，排除超标缺陷；(2)环坯加热：将环轧坯料在电炉中进行加热、保温；(3)环轧成形：对环轧坯料进行二火次环轧成形；包括：(3.1)转运：将加热后的环轧坯料转运到环轧机上，转运时间小于290s，坯料表面温降控制在40℃以内；(3.2)第一火轧制：采用直径为400～600mm的芯辊对环轧坯料进行辗轧，辗轧至环轧坯料的外径为5000～6000mm、高度为450～600mm，轧制比为1.2～2.0，径轴向压下量之比为2.0～3.0；轧制过程分咬入阶段、快速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段及成形整圆阶段共5个阶段进行：咬入阶段：环轧坯料咬入辊缝，开始建立轧制过程，该阶段只进行径向轧制，轴向轧辊无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，咬入阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的5％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为3～5mm/s、径向进给速率为0.02～0.06mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；快速轧制阶段：轧辊径向进给速度加快，环轧坯料随之快速长大，轴向进给按与径向进给成比例的进给，快速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的15％；在此阶段的直径初增大率为3～5mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.06～0.3mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；稳定轧制阶段：控制芯辊与锥辊的进给速度，使其与环轧坯料的直径增长速度相匹配，使轧制过程快速、稳定进行，稳定轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的60％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.15～0.4mm/s、轴向进给速率为0.04～0.2mm/s；减速轧制阶段：径向和轴向进给速度减小，环轧坯料长大速率随之降低，减速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为1～5mm/s、径向进给速率为0.05～0.4mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；成形整圆阶段：仅进行径向轧制，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，在仅有径向轧制的过程中进行整圆，同时消除因回弹引起的尺寸误差，成形整圆阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为1～3mm/s、径向进给速率为0.02～0.05mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；(3.3)进行回炉保温2～4h，保温温度为420～460℃；(3.4)第二火轧制：换直径为700～900mm的芯辊对环轧坯料进行辗轧，辗轧至外径为8000～10000mm、高度为400～550mm，轧制比为1.2～1.8，径轴向压下量之比为2.0～3.0；轧制过程同步骤(3.2)相同，分咬入阶段、快速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段及成形整圆阶段共5个阶段进行：咬入阶段：环轧坯料咬入辊缝，开始建立轧制过程，该阶段只进行径向轧制，轴向轧辊无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，咬入阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的5％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为3～8mm/s、径向进给速率为0.02～0.08mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；快速轧制阶段：轧辊径向进给速度加快，环轧坯料随之快速长大，轴向进给按与径向进给成比例的进给，快速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的15％；在此阶段的直径初增大率为3～8mm/s、直径终增大率为8～15mm/s、径向进给速率为0.08～0.35mm/s、轴向进给速率为0.04～0.15mm/s；稳定轧制阶段：控制芯辊与锥辊的进给速度，使其与环轧坯料的直径增长速度相匹配，使轧制过程快速、稳定进行，稳定轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的60％；在此阶段的直径初增大率为8～15mm/s、直径终增大率为8～15mm/s、径向进给速率为0.15～0.5mm/s、轴向进给速率为0.08～0.3mm/s；减速轧制阶段：径向和轴向进给速度减小，环轧坯料长大速率随之降低，减速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为8～15mm/s、直径终增大率为1～5mm/s、径向进给速率为0.05～0.5mm/s、轴向进给速率为0.02～0.2mm/s；成形整圆阶段：仅进行径向轧制，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，在仅有径向轧制的过程中进行整圆，同时消除因回弹引起的尺寸误差，成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)环坯制备：通过自由锻造方法制备所需规格的环坯，进行车加工及超声波探伤检测，保证获得合格的环轧坯料；锻造加工：自由锻方式获得外径为3500～4500mm、内径为3000～3500mm、高度为500～650mm的环坯；车加工：对环坯上、下端面及内、外圆面进行车加工，去除表面黑皮及折叠伤，表面粗糙度达到Ra3.2以上，圆度控制在1mm以内；超声波探伤：对坯料上端面进行100％超声波探伤，按GJB2057标准A级验收，排除超标缺陷；(2)环坯加热：将环轧坯料在电炉中进行加热、保温；(3)环轧成形：对环轧坯料进行二火次环轧成形；包括：(3.1)转运：将加热后的环轧坯料转运到环轧机上，转运时间小于290s，坯料表面温降控制在40℃以内；(3.2)第一火轧制：采用直径为400～600mm的芯辊对环轧坯料进行辗轧，辗轧至环轧坯料的外径为5000～6000mm、高度为450～600mm，轧制比为1.2～2.0，径轴向压下量之比为2.0～3.0；轧制过程分咬入阶段、快速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段及成形整圆阶段共5个阶段进行：咬入阶段：环轧坯料咬入辊缝，开始建立轧制过程，该阶段只进行径向轧制，轴向轧辊无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，咬入阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的5％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为3～5mm/s、径向进给速率为0.02～0.06mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；快速轧制阶段：轧辊径向进给速度加快，环轧坯料随之快速长大，轴向进给按与径向进给成比例的进给，快速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的15％；在此阶段的直径初增大率为3～5mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.06～0.3mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；稳定轧制阶段：控制芯辊与锥辊的进给速度，使其与环轧坯料的直径增长速度相匹配，使轧制过程快速、稳定进行，稳定轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的60％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.15～0.4mm/s、轴向进给速率为0.04～0.2mm/s；减速轧制阶段：径向和轴向进给速度减小，环轧坯料长大速率随之降低，减速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为1～5mm/s、径向进给速率为0.05～0.4mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；成形整圆阶段：仅进行径向轧制，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，在仅有径向轧制的过程中进行整圆，同时消除因回弹引起的尺寸误差，成形整圆阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为1～3mm/s、径向进给速率为0.02～0.05mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；(3.3)进行回炉保温2～4h，保温温度为420～460℃；(3.4)第二火轧制：换直径为700～900mm的芯辊对环轧坯料进行辗轧，辗轧至外径为8000～10000mm、高度为400～550mm，轧制比为1.2～1.8，径轴向压下量之比为2.0～3.0；轧制过程同步骤(3.2)相同，分咬入阶段、快速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段及成形整圆阶段共5个阶段进行：咬入阶段：环轧坯料咬入辊缝，开始建立轧制过程，该阶段只进行径向轧制，轴向轧辊无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，咬入阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的5％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为3～8mm/s、径向进给速率为0.02～0.08mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；快速轧制阶段：轧辊径向进给速度加快，环轧坯料随之快速长大，轴向进给按与径向进给成比例的进给，快速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的15％；在此阶段的直径初增大率为3～8mm/s、直径终增大率为8～15mm/s、径向进给速率为0.08～0.35mm/s、轴向进给速率为0.04～0.15mm/s；稳定轧制阶段：控制芯辊与锥辊的进给速度，使其与环轧坯料的直径增长速度相匹配，使轧制过程快速、稳定进行，稳定轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的60％；在此阶段的直径初增大率为8～15mm/s、直径终增大率为8～15mm/s、径向进给速率为0.15～0.5mm/s、轴向进给速率为0.08～0.3mm/s；减速轧制阶段：径向和轴向进给速度减小，环轧坯料长大速率随之降低，减速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为8～15mm/s、直径终增大率为1～5mm/s、径向进给速...

【技术特征摘要】
1.一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)环坯制备：通过自由锻造方法制备所需规格的环坯，进行车加工及超声波探伤检测，保证获得合格的环轧坯料；锻造加工：自由锻方式获得外径为3500～4500mm、内径为3000～3500mm、高度为500～650mm的环坯；车加工：对环坯上、下端面及内、外圆面进行车加工，去除表面黑皮及折叠伤，表面粗糙度达到Ra3.2以上，圆度控制在1mm以内；超声波探伤：对坯料上端面进行100％超声波探伤，按GJB2057标准A级验收，排除超标缺陷；(2)环坯加热：将环轧坯料在电炉中进行加热、保温；(3)环轧成形：对环轧坯料进行二火次环轧成形；包括：(3.1)转运：将加热后的环轧坯料转运到环轧机上，转运时间小于290s，坯料表面温降控制在40℃以内；(3.2)第一火轧制：采用直径为400～600mm的芯辊对环轧坯料进行辗轧，辗轧至环轧坯料的外径为5000～6000mm、高度为450～600mm，轧制比为1.2～2.0，径轴向压下量之比为2.0～3.0；轧制过程分咬入阶段、快速轧制阶段、稳定轧制阶段、减速轧制阶段及成形整圆阶段共5个阶段进行：咬入阶段：环轧坯料咬入辊缝，开始建立轧制过程，该阶段只进行径向轧制，轴向轧辊无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，咬入阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的5％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为3～5mm/s、径向进给速率为0.02～0.06mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；快速轧制阶段：轧辊径向进给速度加快，环轧坯料随之快速长大，轴向进给按与径向进给成比例的进给，快速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的15％；在此阶段的直径初增大率为3～5mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.06～0.3mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；稳定轧制阶段：控制芯辊与锥辊的进给速度，使其与环轧坯料的直径增长速度相匹配，使轧制过程快速、稳定进行，稳定轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的60％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为5～12mm/s、径向进给速率为0.15～0.4mm/s、轴向进给速率为0.04～0.2mm/s；减速轧制阶段：径向和轴向进给速度减小，环轧坯料长大速率随之降低，减速轧制阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为5～12mm/s、直径终增大率为1～5mm/s、径向进给速率为0.05～0.4mm/s、轴向进给速率为0.02～0.15mm/s；成形整圆阶段：仅进行径向轧制，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，在仅有径向轧制的过程中进行整圆，同时消除因回弹引起的尺寸误差，成形整圆阶段轧制厚度值为整个轧制厚度变化量的10％；在此阶段的直径初增大率为1～3mm/s、直径终增大率为1～3mm/s、径向进给速率为0.02～0.05mm/s、轴向进给速率为0～0.02mm/s；(3.3)进行回炉保温2～4h，保温温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒强，徐坤和，李姚君，刘东，张文学，丁鹏飞，王国庆，周世杰，阳代军，呼啸，言国华，徐鹤洋，
申请(专利权)人：首都航天机械公司，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11