一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法，属于金属材料加工领域，该包套的纵向截面外沿为弧形，圆弧顶点在包套1/2高度处；内径沿轴向尺寸不变，外径沿轴向自1/2高度处向两端逐渐减小形成厚度梯度，包套上下端厚度为10～50mm，1/2高度处厚度比上下端的厚20～60mm；包套内径比坯锭外径小0.2～0.9mm，包套与坯锭之间通过胀缩法进行横向过盈联结，其使用方法包括：坯锭表面车削；包套加热并保温；坯锭放入包套；带包套的坯锭加热并保温；带包套的坯锭镦粗；去除包套等步骤，所得坯锭无鼓形、无裂纹，能有效抑制镦粗过程中鼓形的发生，提高坯锭变形均匀程度，防止变形开裂。形开裂。形开裂。

【技术实现步骤摘要】
一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工领域，特别涉及一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法。

技术介绍

[0002]金属材料是当今社会使用最多的一种材料，金属材料热变形是众多金属材料产品制造工序中的一个重要环节，我国虽然金属制造业种类齐全、产业链完整，但高精尖产品质量和生产效率均有待提升。
[0003]镦粗是一道在金属材料热变形过程中经常使用的工序，目的在于改变坯锭形状，使坯料横截面积增大、高度缩短，为后续加工过程做准备。铝合金、镁合金等难变形材料的热变形能力有限，在镦粗过程容易出现变形不均匀(多为鼓形)以及变形开裂。镦粗过程中坯锭上下端面变形量小，中心部位材料塑性流动高，坯锭变形严重不均匀，常常导致鼓形的出现。变形不均导致不同区域力学性能存在较大差异，使最终产品存在性能薄弱处，在服役过程中易失效断裂，存在安全隐患。另一方面，坯锭开裂后需要冷却并暂停锻造流程，以修复开裂部位，导致加工进度延缓和原材料耗损增加；严重开裂甚至会直接导致坯锭报废，增加制造成本。因此，为提高原材料利用率、保障产品性能均一性，锻造镦粗过程中应尽可能避免鼓形和开裂的出现。但在无任何约束的条件下，镦粗过程因为变形不均极易形成鼓形并造成开裂。传统方法采用等厚度包套对坯锭径向变形进行限制，虽然能在一定程度抑制开裂，但是无法避免变形不均和鼓形的发生。
[0004]综上所述，现有技术无法满足实际生产需求，产品质量、生产效率和制造成本之间的平衡有待进一步改善。为此，本专利技术提出一种新的具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，以解决金属坯锭在锻造中变形不均匀和开裂的问题，提升产品质量和性能，提高制造效率。该包套适用于锻造铝合金、铝基复合材料、镁合金、镁基复合材料等坯锭。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，所述包套内径沿轴向尺寸不变，其外径沿轴向自1/2高度处向两端逐渐减小，包套上下端厚度为10～50mm，1/2高度处的厚度比上下端的厚20～60mm；所述包套轴向截面外沿为弧形，圆弧顶点在包套1/2高度处，使包套在轴向形成中间厚两端薄的厚度梯度，这种厚度梯度使坯锭在锻造镦粗过程中受到的径向约束力大小也呈梯度分布，即约束力在1/2高度处最大，两端最低，呈梯度分布，在使用等厚度包套或无包套的条件下，坯锭在镦粗过程中受到的径向约束力在轴向上各处相同，金属塑性流动导致坯锭各处变形不均，致使坯锭向外鼓出，形成鼓形，极易在鼓形周围出现裂纹。
[0008]本专利技术提供的具有厚度梯度的坯锭锻造用包套内径比坯锭外径小0.2～0.9mm，包套与坯锭之间为通过胀缩法实现的横向过盈联结，这使得该包套与套内坯锭紧密结合，在锻造镦粗过程中同坯锭一同变形。
[0009]本专利技术提供的具有厚度梯度的坯锭锻造用包套采用的材质为钢，在锻造镦粗过程中，包套变形抗力比坯锭的大，能够提供抑制坯锭径向扩张(直径变粗)的约束力。
[0010]本专利技术提供的具有厚度梯度的坯锭锻造用包套在坯锭1/2高度处提供最大约束力，约束力向两端逐渐降低，形成约束力梯度，在坯锭镦粗过程中起到抑制鼓形的作用，使坯锭整体变形更均匀。
[0011]优选地，所述包套内径为300～1000mm。
[0012]优选地，所述包套材料为钢，300～500℃条件下弦向拉伸延伸率为40％～100％，强度为150～300MPa。
[0013]更优选地，所述包套材料选自15Mn钢、Q295钢、304不锈钢、310不锈钢、316不锈钢、450DP钢中的一种。
[0014]优选地，所述坯锭材料选自铝合金、铝基复合材料、镁合金、镁基复合材料中的一种。
[0015]本专利技术还提供所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套的使用方法，包括以下步骤：
[0016]S1、将坯锭表面车削光滑至粗糙度Ra3.0～4.5，并均匀涂抹润滑剂，降低包套放入坯锭过程中的阻力，还能在坯锭与包套之间形成一层润滑剂薄膜，方便锻造完成后分离包套与坯锭；
[0017]S2、将包套加热至380～500℃，保温30～120分钟，使包套内径扩大以放入坯锭；
[0018]S3、将坯锭放入包套，空冷至室温；
[0019]S4、将带包套的坯锭加热至400～500℃，随炉升温，升温速度5～15℃/min，保温时间8～20小时，以降低坯锭变形抗力，提高坯锭及包套的塑性变形能力；
[0020]S5、将带包套的坯锭镦粗至设计尺寸，镦粗过程中采用红外测温仪对坯料4个点位进行实时温度监测，降温幅度小于40℃，镦粗过程压下速度1～10mm/s，镦粗结束后空冷至室温；传统锻造过程常采用1个点位监测温度变化，无法反映坯锭在锻造中的真实温度情况；采用1～10mm/s的压下速度目的是增加变形时间，让更多位错得以滑移和湮灭，降低位错密度，提高材料塑性流动能力，降低开裂风险；
[0021]S6、采用立式车床在包套1/2高度处车削一个宽度为3～6mm的凹槽，当车削至坯锭表面时立即停止，然后去除包套，得到饼坯；通过车削凹槽，将包套一分为二，可以非常容易将包套去除，避免全部车削包套，耗费大量时间和财力。
[0022]优选地，所述润滑剂为人工石墨润滑剂或氮化硼润滑剂。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1)本专利技术提供一种新的坯锭锻造用包套，包套与其内置坯锭之间为横向过盈联结，包套壁厚自中间到两端具有厚度梯度。包套厚度梯度使坯锭受到的径向约束力大小也呈梯度分布，1/2高度处最高，两端最低，在镦粗变形过程中起到抑制鼓形的作用，使坯锭整体变形更均匀。
[0025]2)无包套镦粗时，坯锭因为不受径向约束而出现鼓形，鼓形边缘因变形量大而极易出现裂纹。本专利技术选用的包套材料比坯锭塑性更高，包套与坯锭一同变形并提供约束，可
以避免鼓形的出现，能有效抑制锻造开裂的发生。
[0026]3)本专利技术包套的使用方法中，锻造过程采用比较低的压下速度可以增加变形时间，降低应变速率和位错塞积程度，提高材料塑性流动能力，降低开裂风险。
[0027]4)本专利技术在锻造完成后，采用车削凹槽的方式分离包套，与车削全部包套相比，耗时短，生产效率得到提高。
附图说明
[0028]图1为实施例中具有厚度梯度的坯锭锻造用包套的示意图，1/4剖切视图。
[0029]图2为采用图1所示具有厚度梯度的坯锭锻造用包套坯锭锻造变化的示意图，1/4剖切视图。
[0030]图3为实施例中车削凹槽取出坯锭过程的示意图，1/4剖切视图。
[0031]图4为实施例中带包套坯锭镦粗后车削凹槽的主视图和俯视图。
[0032]图中：1
‑
包套、2
‑
坯锭、3
‑
凹槽。
具体实施方式
[0033]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套纵向截面外沿为弧形，圆弧顶点在包套1/2高度处；所述包套内径沿轴向尺寸不变，其外径沿轴向自1/2高度处向两端逐渐减小形成厚度梯度，包套上下端厚度为10～50mm，1/2高度处厚度比上下端的厚20～60mm。2.根据权利要求1所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套内径为300～1000mm。3.根据权利要求1所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套内径比坯锭外径小0.2～0.9mm。4.根据权利要求3所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套与所述坯锭之间通过胀缩法进行横向过盈联结，所述包套与套内坯锭紧密结合，在锻造镦粗过程中与所述坯锭一起变形。5.根据权利要求1所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套采用的材料为钢，在300～500℃下其弦向断裂延伸率为40％～100％，屈服强度为100～300MPa。6.根据权利要求5所述具有厚度梯度的坯锭锻造用包套，其特征在于，所述包套材料选自15Mn钢、Q295钢、304不锈钢、310不锈钢、316不锈钢或450DP钢中的一种。7.权利要求1～6任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏培康，李宇罡，耿继伟，夏存娟，陈东，王浩伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：