一种铝合金环件的等温轧制方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明属于铝合金环件技术领域，尤其涉及一种铝合金环件的等温轧制方法。
背景技术
铝合金环件可作为一类很关键的连接件和结构件，可以应用于运载火箭、空间站等航天器的连接器、过渡环、转接框等部位，随着商业航天领域进入到快速发展的阶段，其市场缺口是极其巨大的，且对其性能也提出了较高的要求。
现有铝合金环件轧制技术方法一般为热轧，即采用对铝合金环坯进行高温加热和保温，且保温时间较长，会产生较大的能耗损失，在铝合金环件热轧过程中，环件上的温度是不均匀分布的状态，即环件中心区域最高，沿着直径方向向外部区域逐渐降低，温度最低处为环件外径处，且热轧初期会产生明显的温升，导致晶粒长大，随着直径的增大，壁厚减小，热轧后期，温度下降，会导致晶粒大小及性能不均匀，易出现折叠、起皮、裂纹等轧制缺陷。
在轧制过程中环件表面与主辊、锥辊、芯辊、抱辊及空气等多种介质发生热交换，导致降温较快，而芯部与温差较小的表面区域进行热交换，降温不明显，随轧制的进行，极易出现温升的现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金环件的等温轧制方法，本发明提供的方法铝合金环件各象限具有均匀的微观组织，能有效地调控其整体的组织性能。
本发明提供了一种铝合金环件的等温轧制方法，包括：
将铝合金环坯加热至目标开轧温度进行环轧，所述环轧包括：
适应阶段、提速阶段、稳定阶段、减速阶段和整圆阶段；
所述适应阶段和提速阶段控制冷却液量，减少温升的趋势；
所述稳定阶段控制进给速度和主辊转速，减少温降的趋势；
所述减速阶段和整圆阶段对主辊和锥辊进行加热，使环轧的终轧温度在目标温度范围内。
优选的，所述铝合金环坯的成分为2A14铝合金。
优选的，所述铝合金环坯为经过多向锻造开坯后的铝合金环坯。
优选的，所述加热过程中的保温时间以铝合金环坯最小厚度计，按1.5～3min/mm控制；
所述加热过程中还包括：
将主辊和锥辊加热至目标开轧温度；
所述目标开轧温度为环轧温度范围的上限。
优选的，所述环轧过程中的温度差为10～30℃。
优选的，所述环轧过程中的直径长大速度为1～5mm/s；
所述适应阶段的外径尺寸比铝合金环坯外径尺寸大50～180mm；
所述提速阶段的外径变化量占提速阶段和稳定阶段的外径变化总量的25～40％；
所述稳定阶段的外径变化量占提速阶段和稳定阶段外径变化总量的60～75％；
所述减速阶段和整圆阶段的外径变化量为50～180mm。
优选的，所述冷却液的喷淋量为10～40L/min。
优选的，所述进给速度为0.3～1.5mm/s。
优选的，所述主辊转速为300～1250r/min。
优选的，在1～3min内对主辊和锥辊进行加热，使环轧的终轧温度在目标温度范围内。
本发明采用等温轧制，调控进给速度、主辊转速并辅以加热、冷却等系统，使铝合金环件的温度分布更均匀且稳定，把环件成形温度控制在一个很窄的范围内来进行晶粒细化，减少折叠、起皮、裂纹等轧制缺陷，达到铝合金环件各象限具有均匀的微观组织，能有效地调控其整体的组织性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种铝合金环件的等温轧制方法，包括：
将铝合金环坯加热至目标开轧温度进行环轧，所述环轧包括：
适应阶段、提速阶段、稳定阶段、减速阶段和整圆阶段；
所述适应阶段和提速阶段控制冷却液量，减少温升的趋势；
所述稳定阶段控制进给速度和主辊转速，减少温降的趋势；
所述减速阶段和整圆阶段对主辊和锥辊进行加热，使环轧的终轧温度在目标温度范围内。
在本发明中，所述铝合金环坯的成分优选为2A14铝合金。
在本发明中，所述铝合金环坯优选为经过多向锻造开坯具有合适的内孔尺寸的铝合金环坯。在本发明中，所述铝合金环坯的制备方法优选包括：
采用五镦四拔进行锻造开坯，对锻造开坯的铝合金坯料进行冲孔及扩孔，得到铝合金环坯。
在本发明中，所述五镦四拔过程中的第一次镦粗及拔长为预锻；所述镦粗过程中的单次变形量优选为45～70％，更优选为50～65％；所述镦粗的速度优选＜10mm/s，更优选为5～8mm/s；所述拔长过程中的单次变形量优选为20～50％，更优选为30～40％，最优选为35％；所述拔长的下压速度优选＜25mm/s，更优选为15～20mm/s。
在本发明中，所述铝合金环坯的外径优选为1250～1350mm，更优选为1280～1320mm，最优选为1300mm；壁厚优选为250～350mm，更优选为280～320mm，最优选为300mm；高度优选为200～300mm，更优选为220～280mm，最优选为240～260mm。
在本发明中，所述加热过程中的保温时间优选以铝合金环坯最小厚度计，按1.5～3min/mm控制，最优选为2min/mm。
在本发明中，所述加热过程中优选还包括：
将主辊和锥辊加热至目标开轧温度。
在本发明中，所述目标开轧温度优选为环轧温度范围的上限。在本发明中，所述目标开轧温度优选为190～210℃，更优选为195～205℃，最优选为200℃；所述加热过程中的保温时间优选为450～550min，更优选为480～520mm，最优选为500min。
在本发明中，所述环轧优选在环轧机中进行，输入环轧工艺参数，上料进行环轧。
在本发明中，所述环轧过程中的温度差优选为10～30℃，更优选为15～25℃，最优选为20℃。在本发明中，所述环轧的温度优选为190～210℃，更优选为195～205℃，最优选为200℃。
在本发明中，所述环轧工艺参数优选包括：直径长大速度、外径尺寸、壁厚、高度；所述直径长大速度优选为1～5mm/s，更优选为2～4mm/s，最优选为3mm/s。在本发明中，所述适应阶段的直径长大速度优选为3～5mm/s，更优选为4mm/s。在本发明中，所述提速阶段的直径长大速度优选为3.5～5mm/s，更优选为5.0mm/s。在本发明中，所述稳定阶段的直径长大速度优选为3.5～5mm/s，更优选为5.0mm/s。在本发明中，所述减速阶段的直径长大速度优选为0.5～1.5mm/s，更优选为1.0mm/s。在本发明中，所述整圆阶段的直径长大速度优选为0.5～1.5mm/s，更优选为1.0mm/s。
在本发明中，所述适应阶段的外径尺寸比铝合金环坯外径尺寸优选大50～180mm，更优选为80～150mm，最优选为100～120mm；提速阶段的外径变化量优选占提速阶段和稳定阶段的外径变化总量的25～40％，更优选为30～35％；稳定阶段的外径变化量优选在提速阶段和稳定阶段外径变化总量的60～75％，更优选为65～70％；所述减速阶段和整圆阶段的外径变化量优选为50～180mm，更优选为80～160mm，更优选为100～140mm，最优选为120mm。
在本发明中，优选根据实时温度检测系统反应情况，调控冷却系统的冷却液喷淋量减少温升的趋势；所述冷却液的喷淋量优选为10～40L/min，更优选为20～30L/min，最优选为25L/min；所述适应阶段和提速阶段的温度控制优选为170～220℃，更优选为180～210℃，最优选为190～200℃。
在本发明中，减少温降的趋势，保持环件均匀变形的温度。在本发明中，所述进给速度优选为0.3～1.5mm/s，更优选为0.5～1.2mm/s，最优选为0.8～1.0mm/s；所述主辊转速优选为300～1250r/min，更优选为500～1200r/min，最优选为800～1000r/min；所述稳定阶段的温度控制范围优选为170～220℃，更优选为180～210℃，最优选为190～200℃。
在本发明中，所述主辊和锥辊进行加热优选为在线加热；优选在短时间内达到轧制温度范围；优选在1～3min内加热使环件轧制温度在170～220℃内，更优选在1.5～2.5min内加热，最优选为在2min内加热。
铝合金环件轧制目前大多采用热轧，且在轧制过程中易出现温升及温降的现象，导致性能和晶粒大小分布不均匀，存在产生折叠、起皮、裂纹等缺陷的可能性，本发明采用等温轧制的方法来进行晶粒细化，减少裂纹缺陷，使铝合金环件各象限具有均匀的微观组织和优良的性能。
实施例1
采用经过多向锻造开坯2A14铝合金环坯，其尺寸约为Φ1285×Φ719×242mm，具体制备方法为：用五镦四拔进行锻造开坯，控制变形量，第一次的镦粗及拔长为预锻，其中镦粗单次变形量为65％；拔长单次变形量为35％；镦粗速度7.8mm/s；拔长下压速度12～18mm/s。
铝合金环坯加热至目标开轧温度200±5℃，保温时间500min，且主辊及锥辊加热至温度200±5℃，环件轧制温度范围190～210℃。
启动轧环机，输入轧环工艺参数，设定轧制过程如下表，然后上料进行环轧：
在轧制初期即适应阶段和提速阶段，根据温度实时监测系统反应情况，调控冷却系统的冷却液喷淋量20～30L/min，减少温升的趋势，温度范围为190～210℃。
在轧制稳定阶段，控制进给速度0.4mm/s和主辊转速控制为780r/min，减少温降的趋势，始终保持环件均匀变形的温度，温度范围为190～210℃。
在轧制后期即减速阶段和整圆阶段，在2min内加热主辊及锥辊，保证环件轧制温度在190～210℃内。
比较例1
采用实施例1中的锻造开坯的环坯，使用传统热轧工艺，将铝合金环坯加热至目标开轧温度450±5℃，保温时间700min，直径长大速度2～3mm/，热轧至目标尺寸Φ2584×Φ2304×200mm，终轧温度405℃。
性能检测
对本发明实施例1和比较例1制备的环件进行热处理，所述热处理的方法为：先进行固溶处理，再进行时效处理；固溶温度为501±3℃，保温8h；时效温度165±3℃，保温9h；然后按照GB/T228进行力学性能检测，检测结果如下：
本发明中，等温轧制可以通过调控进给速度、主辊转速并辅以加热、冷却系统使环件的温度分布更均匀且稳定，把铝合金环件成形温度控制在一个很窄的范围内，可以有效地调控其整体的组织性能。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。