一种锆无氧铜锻棒的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种锆无氧铜锻棒的加工方法。棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm。需要注意的是本棒材在冷锻机加工后需要进行超声波探伤做内部质量无损检测，采用本发明专利技术可以成功实现无损探伤可行性，避免棒材超声波探伤过程中无回波或回波微弱不能达到检测要求的问题。本产品应用在火箭发动机动力室沟槽内壁缩比件方面，在500℃时仍有150MPa以上的抗拉强度及屈服强度，且延伸率也在15%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种锆无氧铜锻棒的加工方法
本专利技术属于金属材料成型
，具体涉及一种锆无氧铜锻棒的加工方法。
技术介绍
火箭发动机作为火箭动力来源，制造过程中技术及资金投入较大，为有效提高其使用寿命，采用高性能参数材料成为必须。其中锆无氧铜材料因为其具有高传导性、热强性和抗氧化性等，一直作为国产火箭发动机动力室沟槽内壁主要材料。本文介绍了一种大规格锆无氧铜棒材工业化生产工艺，在常规锻造及热处理工艺的基础上采用新型锻造方式、加热方式、冷却方式，细化加工过程参数控制，从而达成超声波探伤可探性提高的目的。室温状态下：Rm≥300MPa，Rp0.2≥250MPa，A≥20%，且导电率相比于纯铜也没有太多损失，亦可达到90%IACS以上。500℃高温状态下：Rm≥160MPa，Rp0.2≥150MPa，A≥15%。全面满足材料的设计要求。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供了一种锆无氧铜锻棒的加工方法，本专利技术采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、时效、再机加的方式进行生产，得到一种规格在φ(100～300)×(500～1500)mm范围内的锆无氧铜锻棒。坯料采用多次多方向换向热锻造，锻后间隔采用空冷与水冷相交替的冷却方式，同时采用锻造后红热返炉、迅速补温、快速转料淬火冷却的方式配合八方滚圆冷锻的冷成型技术，成功实现棒材内部超声波探伤可行性，成功消除了棒材超声波探伤过程中无回波或回波微弱不能达到无损检测的问题。本产品应用在火箭发动机动力室沟槽内壁缩比件方面，在室温条件下在500℃时仍有150MPa以上的抗拉强度及屈服强度，且延伸率也在15%以上。本专利技术技术方案如下：一种锆无氧铜锻棒的加工方法，该方法棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、成品时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm的锆无氧铜锻棒。具体包括以下步骤：（1）锻造下料：根据目标棒材的规格进行锯切下料；下料重量根据锻造熟练度、车削余量、是否预留试样等条件一般控制在成品重量的1.5～2.5倍。根据下料的重量及锻造高径比对坯料的直径、高度（长度）进行计算，计算后设置此直径为铸锭开坯锻造的目标直径。原材料化学成分要求：Zr：0.11～0.21%，Cu：余量，密度8.9g/cm3。下料重量计算：重量（Kg）=（成品棒材半径+15mm）2×3.14×8.9×（成品棒材长度+200mm）/1000/1000。下料规格计算：（坯料直径/2）2×3.14×坯料长度×8.9/1000/1000=重量kg，且满足：坯料重量/坯料直径=1.8～2.5。（2）坯料加热：将坯料放入电加热炉中加热，温度为920～960℃，坯料采用800℃热装炉，升温及到温后保温时间均控制在0.3～0.5min/mm。（3）坯料镦拔：采用坯料四方倒棱换向三镦三拔的方式细化坯料晶粒，改善材料内部组织和性能；具体实现方式：从长度方向（坯料原始周向：X轴）对坯料进行镦粗，然后从Y轴方向对坯料进行拔长；从Y轴方向进行镦粗，从Z轴方向进行拔长；从Z轴方向进行镦粗，从X轴方向进行拔长。保证每次拔长后坯料规格一致，铜材锻造的高径比设置在1.8～2.5之间，镦粗过程压下量均控制在35-55%的范围内。冷却、修磨，往复3～4次，且后一火次的加热温度不能高于前一火次的加热温度，最后一个火次改变坯料形状至成品规格并留有冷加工余量25～55%。由此多次换向三镦三拔可充分细化晶粒，去除锻造变形死区，使组织均匀，减缓材料的各向异性。X、Y、Z轴互相垂直。（4）坯料固溶：在最后一次锻造结束后，将坯料红热状态直接返炉加热，快速加热，加热温度控制在900～1000℃，到温后保温时间为0.3～0.5min/mm；将坯料迅速浸入水中进行冷却，坯料转运时间不得超过30s，流水冷却时间30～60min，且整个过程水温不高于60℃，以确保冷却强度。可采用导电率测量方式加测固溶效果，当导电率≤60%IACS时说明固溶效果良好。（5）坯料冷锻：将坯料延长度X轴方向进行冷锻拔长，将坯料冷锻至成品外径尺寸，同时留有机加工余量；所述步骤（5）中冷锻方式为八方来料、滚圆拔长。将坯料延长度方向（镦拔最初的X轴方向）进行冷锻拔长，总体冷变形率控制在25～55%，单锤压下量不得大于直径的20%，将坯料冷锻至成品外径尺寸（留有机加工余量）。理论上锆铜冷变形量要尽量取上限40～55%，这样可以有效提升材料在时效后的强度及导电率等参数。（6）机加与超声波探伤检验：车光至成品直径预留6～8mm探伤余量进行机加工，粗糙度不大于6.3μm；超声波探伤检验：标准GB/T3310。（7）成品时效与最终成品机加：将成品放入真空退火炉中，室温装炉加热至400℃～550℃，到温后保温2～4h，出炉冷却，车去探伤余量，成品机加粗糙度不大于3.2μm，得到锆无氧铜锻棒。本专利技术优点：本专利技术以锻造、固溶淬火、冷锻、超声探伤、时效退火的工艺流程，成功生产出直径φ（100～300）×（500～1500）mm规格锆无氧铜棒材生产。本专利技术主要突破了锆铜棒材在冷锻后、时效退火前无法进行超声波探伤的问题，成功做到成品的内部质量无损监控。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的实质，下面结合具体实施例对本专利技术进一步的阐述。本专利技术公开了一种锆无氧铜锻棒的加工方法，总体流程：坯料选择、热锻至规定尺寸区间、多次换向镦拔锻造、固溶、冷锻、成品机加（有探伤余量）、超声波探伤、成品时效、成品机加。实施例1本专利技术公开了一种锆无氧铜锻棒的加工方法，具体实施如下：1、原料选择：化学成分含量Zr：0.15%，Cu余量，密度8.9g/cm3。坯料规格：重量670kg，坯料直径360mm，坯料长度720mm，四方棒坯。2、加热工艺：空炉升温至800℃，将坯料装入继续升温2h至950℃，保温2h。3、锻造工艺：从长度方向（坯料原始周向：X轴）对坯料进行镦粗，然后从Y轴方向对坯料进行拔长；从Y轴方向进行镦粗，从Z轴方向进行拔长；从Z轴方向进行镦粗，从X轴方向进行拔长。一个火次内完成。镦粗过程压下量均为45%。冷却、修磨，再加热锻造，往复4次。每次锻造结束后交替采用水冷与空冷方式冷却。第五次锻造要求锻造速度要快，减少坯料温度损失，两镦两拔后将坯料拔长至八方350×Lmm棒，坯料红热状态迅速回炉。4、固溶处理工艺：坯料回炉后快速升温至960℃，到温后保温30min，迅速转入带有循环装置的冷水箱内，水冷30min，过程中水温最高温度在60℃以下，要求坯料从炉子中转运至水槽的时间不得大于30s。5、冷锻工艺：每锤压下量控制在坯料当前直径的10%左右，滚圆锻造。道次变形量不能过大，以免产生锻造裂纹。将坯料从Φ350×Lmm拔长至Φ300×Lmm。6、机加工：外径车至287mm，表面粗糙度≤6.3μm。7、内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆无氧铜锻棒的加工方法，其特征在于，该方法棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、成品时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm的锆无氧铜锻棒。/n

【技术特征摘要】
1.一种锆无氧铜锻棒的加工方法，其特征在于，该方法棒材采用锆无氧铜铸坯，锻造下料后经过热锻镦拔、固溶处理、冷锻、机加、成品时效、再机加的方式进行生产，规格可以达到φ（100～300）×（500～1500）mm的锆无氧铜锻棒。


2.根据权利要求1所述的锆无氧铜锻棒的加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）锻造下料：根据目标棒材的规格进行锯切下料；
（2）坯料加热：将坯料放入电加热炉中加热，温度为920～960℃，坯料采用800℃热装炉，升温及到温后保温时间均控制在0.3～0.5min/mm；
（3）坯料镦拔：采用坯料四方倒棱换向三镦三拔的方式细化坯料晶粒，改善材料内部组织和性能；
（4）坯料固溶：将坯料红热状态直接返炉加热，快速加热，加热温度控制在900～1000℃，到温后保温时间为10～60min；将坯料迅速浸入水中进行冷却，流水冷却时间30～60min，且整个过程水温不高于80℃；
（5）坯料冷锻：将坯料延长度X轴方向进行冷锻拔长，将坯料冷锻至成品外径尺寸，同时留有机加工余量；
（6）机加与超声波探伤检验：车光至成品直径预留6～8mm探伤余量进行机加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张野，王丽，余日成，刘家涛，裴文龙，刘建，袁帅，崔壮力，
申请(专利权)人：中铝沈阳有色金属加工有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21