[发明专利]一种大型金属构件高均匀性短流程成形方法

说明书

本发明涉及金属成形领域，特别是一种大型金属构件高均匀性短流程成形方法。首先将浇注后的合金铸锭进行超高温脱模；然后均热液芯铸锭实现对铸锭芯部液相分数的精确控制，将铸锭在锻压机下进行轴向镦拔，使铸锭液芯处的树枝晶充分破碎、球化，形成均匀细小的半固态组织；最后对铸锭进行径向轴向锻造，锻造成所需的大型金属构件结构。本发明解决了铸锭内部的缩孔疏松和枝晶偏析等问题，大型金属构件的中心力学性能可达到表面的性能水平，提高了构件整体性能的均匀性；铸锭芯部形成均匀细小的半固态组织，使最终锻件具有良好的综合性能；成形压力小，降低了对锻造设备能力的要求，缩短了工艺流程，可有效降低生产成本。

技术领域

本发明涉及金属成形领域，特别是一种大型金属构件高均匀性短流程成形方法。

背景技术

随着科学技术的进步和现代工业发展的需要，航空、航天、电力、石化、船舶等高端装备正向大型化、高参数、极端恶劣条件下高可靠、长寿命服役的方向快速发展，致使其铝合金、镁合金、钛合金、高强钢、高温合金等关键金属构件尺寸越来越大、结构日益复杂、性能要求日益提高，对大型金属构件制造技术的要求也越来越高。

大型金属构件一般由大型铸锭锻造而成。铸锭是铸态组织，由于金属凝固收缩而不可避免地产生大量的显微缩孔和疏松缺陷，这些孔洞型缺陷弥散分布在铸锭芯部，破坏了材料的连续性；同时，由于凝固过程的溶质再分配，凝固末端不但合金浓度高，而且往往富集杂质元素，形成枝晶偏析，破坏材料的均匀性，这都将会造成大型锻件整体性能不足，而且锻件各个方向上的力学性能差距十分明显。由于大型金属构件工作时要承受轴压、轴拉、内压、外压和局部应力集中等多种复杂载荷，对锻件的性能要求极高，采用传统工艺制造的锻件难以满足其使用要求。另一方面，大型金属构件的锻造不仅需要万吨级以上的重型锻造装备及大型锻造模具，技术难度大，而且材料切削量大，材料应用率低，生产周期长、成本高。

近年来，有研究人员提出采用半固态锻造工艺生产铝合金客车轮毂等金属锻件。半固态锻造工艺是通过制备具有细小均匀的球状组织的半固态坯料，将制成的坯料经二次加热后，在预热的模具型腔内直接锻造成形，获得接近成品尺寸零件的工艺。半固态锻造工艺有利于消除缩孔、疏松、气孔等缺陷，使锻件具有更高的组织致密性及更好的力学性能，同时需要的锻压力比传统锻造工艺更低，可实现复杂零部件的一次近终锻造成形。

发明内容

本发明在已有的半固态锻造工艺的基础上，提出一种用于大型金属构件成形的高效率、高均匀性、短流程的半固态液芯锻造方法，这种方法可以消除金属铸锭内部的缩孔疏松，减轻枝晶偏析等冶金缺陷，细化组织，从而显著提高大型金属构件的力学性能和整体性能的均匀性，缩短加工周期，降低对锻造设备的要求，提高模具使用寿命，可有效的降低生产成本。

本发明的技术方案为：

一种大型金属构件高均匀性短流程成形方法，首先将浇注后的合金铸锭进行超高温脱模；然后均热液芯铸锭实现对铸锭芯部液相分数的精确控制，将铸锭在锻压机下进行轴向镦拔，使铸锭液芯处的树枝晶充分破碎、球化，形成均匀细小的半固态等轴晶组织，消除缩孔疏松和枝晶偏析，提高铸锭组织性能的均匀性；最后对铸锭进行径向轴向锻造，根据所需要的加工产品尺寸，锻造成所需的大型金属构件结构。

所述的大型金属构件高均匀性短流程成形方法，具体步骤如下：

第一步，铸锭的熔炼制备：熔炼合金溶液，根据合金成分和种类的不同，控制合金熔液的铸造温度和铸造速度；

第二步，封闭冒口顶部：采用喷淋装置，持续作用于合金铸锭冒口，使冒口顶部完全凝固；

第三步，超高温脱模：将铸锭带液芯超高温脱模，控制脱模后的铸锭锭身表面温度和中心温度；对于铝镁有色金属，铸锭锭身表面温度低于液相线温度120℃～155℃，对于黑色金属，铸锭锭身表面温度低于液相线温度170℃～235℃；