专利名称：铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法
技术领域：
本发明涉及ー种具有复杂截面的大直径金属环件的短流程加工成形方法，具体的涉及ー种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法。
背景技术：
随着我国航天事业的飞速发展，大推力运载火箭急需直径5米以上级的大型复杂截面铝合金环件。所谓复杂截面环件，是指环件轴向方向截面积尺寸差异较大、环件截面方向形状和尺寸变化较大、以及内表面和外表面形状均较为复杂的金属环件，它是大推力运载火箭项目能否成功的重要环节，是运载火箭的关键连接件。特殊的使用环境对环件的尺寸精度和综合力学性能提出了近乎苛刻的要求一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后续机加成形，浪费大量人力物力的同时严重降低环件使用性能；另ー方面要求零件具有优异的组织状态以达到综合力学性能的要求。 目前，复杂截面环件的制备通常采用热轧制(也称作热辗扩)与机械切削加工联合完成。该エ艺基于成形锭坯轧制出矩形截面的环坯，再通过机械切削将矩形截面加工成所需要的复杂截面。主要加工エ艺流程为冶炼一开坯一下料一镦粗一冲孔一热轧制一热处理一机械加工。该エ艺存在以下几个方面的问题
1)流程冗长，エ序繁多，生产效率低；
2)辗扩环坯需冲孔制备，且最终截面形状需通过切削多余敷料保证，材料利用率低；
3)机械加工过程切断金属流线，导致环件综合力学性能下降；
4)制备过程需反复加热，导致晶粒粗大，表面氧化严重，能源损耗大。公开号为CN 101817134A的中国专利公开了ー种金属环件短流程铸辗复合成形的方法，该金属环件短流程铸辗复合成形的方法虽然在一定程度上满足生产流程短，节省能源、材料和人力的有益效果，但是该方法采用离心鋳造环坯，无法满足复杂截面环件的加エ要求，且生产得到的金属环件的综合力学性能还达不到如运载火箭的使用要求。鉴于此，本发明g在探索ー种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铝合金环件的制坯エ艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铝合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出ー种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铝合金环件的制坯エ艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铝合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。要实现上述技术目的，本发明的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括溶炼一液态模锻一均勻化一余热等温轧制一热处理一精整；所述液态模锻为将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为650-730で，加压速度为35-40 mm/s，充型时间1-6 S，比压为100-200 MPa，并在该压カ下保压35-60 S，得到近终截面环坯；
所述余热等温轧制为经均匀化后的近终截面环坯的温度降至430-480°C时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制。进ー步，将所述液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150-200で吋，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度10-20微米，继续预热液态模锻模具至 250-300 V ；
进ー步，所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度足Vf_=0. 5-0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm时，轴向轧辊 抬起;
进一歩，轧制模具与坯料温差为±10°c ；
进一歩，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值；
进一歩，熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金，且纯铝錠、纯锌块和镁块在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽；
进ー步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计吋，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最終截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸；
进ー步，所述余热等温轧制的辗扩比> I. 4，轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度(3°，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330_。本发明的有益效果为
本发明的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻—均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
1)短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)液锻环坯组织状态显著优于普通鋳造环坯，辅以后续的热轧制成形可充分保证环坯材料的锻态改性，获得细密且均匀化的组织。4)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
5)坯料无须反复加热，节能减排，实现緑色制造。
因此，本发明的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法有效简化制坯エ艺，缩短エ艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法进行详细说明。第一实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为6082铝合金
O熔炼将6082铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置25分钟；具体 的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为650で，加压速度为35 mm/s，充型时间6 S，比压为100 MPa，并在该压カ下保压60 S，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压カ下冷却承受的单位压力，本文所述的定量即为液态模锻轧制异截面大型环件所需的铝合金溶液的量。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150°C吋，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度18微米，继续预热液态模锻模具至250 0C，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至550で后保温6 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至450°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为450°C，本实施例的轧制模具与坯料温差为0°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足V$_=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差50 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在525で下保温I h，水中淬火后再升温165で保温12 h ；
6)精整。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸，具体尺寸根据辗扩比确定。进ー步，余热等温轧制的辗扩比彡I. 4，本实施例的辗扩比=1. 4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第二实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法包括如下步骤，本实施例的铝合金为6082铝合金
O熔炼将6082铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置30分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为680で，加压速度为40 mm/s，充型时间I S，比压为150 MPa，并在该压カ下保压35s，得到近终截面环坯。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至200で时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度10微米，继续预热液态模锻模具至300で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至550 °C保温6 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至480°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为470°C，本实施例的轧制模具与坯料温差为-10°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足V$_=0. 55Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差30 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给 量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在525で下保温I h，水中淬火后再升温165で保温12 h ；
6)精整。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比> I. 4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第三实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法包括如下步骤，本实施例的铝合金为6082铝合金O熔炼将6082铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置25分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为670で，加压速度为38 mm/s，充型时间3 S，比压为130MPa，并在该压カ下保压40 S，得到近终截面环坯；优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至180°C时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模齐IJ，涂层厚度20微米，继续预热液态模锻模具至270で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺 特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至550で后保温6 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至465で时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为475で，本实施例的轧制模具与坯料温差为10°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足VM=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差40 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在525で下保温I h，水中淬火后再升温165で保温12 h ；
6)精整。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比> I. 4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环 件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第四实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7050铝合金
O熔炼将7050铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置25分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为700で，加压速度为35 mm/s，充型时间6 S，比压为160 MPa，并在该压カ下保压45 S，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压カ下冷却承受的单位压力，本文所述的定量即为液态模锻轧制异截面大型环件所需的铝合金溶液的量。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150°C吋，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度18微米，继续预热液态模锻模具至250 0C，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱模。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至430で后，保温18 h，随后升温到467で保温12h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至430°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为430°C，本实施例的轧制模具与坯料温差为0°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度Ve@满足V$_=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差50 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在470で保温40 min，然后升温至485 V保温40 min，冷水淬火后在135で下保温12 h，再升温至170°C保温2 h，最后降温至135で保温12 h ；
6)精整。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时， 选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸，具体尺寸根据辗扩比确定。进ー步，余热等温轧制的辗扩比彡I. 4，本实施例的辗扩比=1. 4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第五实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7050铝合金
O熔炼将7050铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置30分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为730で，加压速度为40 mm/s，充型时间I S，比压为200 MPa，并在该压カ下保压35s，得到近终截面环坯。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至200で时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度10微米，继续预热液态模锻模具至300で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至430で后，保温18 h，随后升温到467で保温12h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需 要二次加热，当近终截面环坯降温至440°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为430°C，本实施例的轧制模具与坯料温差为-10°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足V$_=0. 55Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差30 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在470で保温40 min，然后升温至485 V保温40 min，冷水淬火后在135で下保温12 h，再升温至170°C保温2 h，最后降温至135で保温12 h ；
6)精整。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比> I. 4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第六实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7050铝合金
O熔炼将7050铝合金在熔化炉中按成分配比熔炼，熔炼完成后静置25分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为710で，加压速度为38 mm/s，充型时间3 S，比压为170MPa，并在该压カ下保压40 S，得到近终截面环坯；优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至180°C时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模齐IJ，涂层厚度20微米，继续预热液态模锻模具至270で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面环坯冷却至430で保温18 h，随后升温到467で保温12 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需
要二次加热，当近终截面环坯降温至435で时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为445で，本实施例的轧制模具与坯料温差为10°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足VM=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差40 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理经余热等温轧制得到的环坯在470で保温40 min，然后升温至485 V保温40 min，冷水淬火后在135で下保温12 h，再升温至170°C保温2 h，最后降温至135で保温12 h ；
6)精整。
进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比> I. 4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。 本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
1)短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第七实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7075铝合金
I)熔炼将7075铝合金熔炼完成后，在725°C的温度下静置25分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。熔炼过程中，当熔化炉温度上升到310°C时，先将纯铝锭加入熔化炉；当炉内温度升高到770°C，待铝锭基本熔化后，加入中间合金，并撒上覆盖剂；当温度下降到745°C吋，将预热到200°C的镁块及纯锌块压入熔化炉的熔池中心，并加入用量为铝液重量的I. 5%的精炼剂及用量为铝液重量的I. 7%的晶粒细化剂，用钟罩将精炼剂和晶粒细化剂压入距熔化炉坩埚底部100 mm深度，并用充分预热的搅拌棒搅拌，对合金进行精炼细化30分钟；在7300C时用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气6分钟；静置25分钟后加入用量为铝液重量的O. 3%的除渣剂，采用多孔陶瓷板对铝合金液过滤除渣，并将合金熔体转入电阻静置炉，保持铝合金熔体温度在730°C，进行二次除气以减少含气量和含渣量对组织的影响，最后在725で的温度下静置25分钟。本实施例的中间合金采用AlCu50和AlCr2的组合物。本实施例的覆盖剂为NaCl和KCl的组合物，所述NaCl和KCl的重量比为1:1。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为685で，加压速度为38mm/s，充型时间4s，比压为160 MPa，并在该压カ下保压42 S，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力，本文所述的定量即为液态模锻轧制异截面大型环件所需的铝合金溶液的量。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150°C时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度18微米，继续预热液态模锻模具至250°C，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面7075铝合金环坯冷却至462で时，保温6 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至450°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为450°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足、_=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差50 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理环坯在460で保温2 h，冷水淬火，随后在110で保温6h后升温至170°C保温 8h ；
6)精整。进ー步，本实施例的7075铝合金的化学成分(wt. %) Si 0. 06, Fe 0. 16, Cu I. 50，Mn 0. 05，Mg :2. 57，Cr :0. 21，Ti :0. 02，Zn :5. 85，其余为 Al。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸，具体尺寸根据辗扩比确定。进ー步，余热等温轧制的辗扩比彡I. 4，本实施例的辗扩比=1. 4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
1)短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第八实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法包括如下步骤，本实施例的铝合金为7075铝合金
I)熔炼将7075铝合金熔炼完成后，在730°C的温度下静置30分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。熔炼过程中，当熔化炉温度上升到320°C时，先将纯铝锭加入熔化炉；当炉内温度升高到760°C，待铝锭基本熔化后，加入中间合金，并撒上覆盖剂；当温度下降到740で吋，将预热到250°C的镁块及纯锌块压入熔化炉的熔池中心，并加入用量为铝液重量的1%的精炼剂及用量为铝液重量的2%的晶粒细化剂，用钟罩将精炼剂和晶粒细化剂压入距熔化炉坩埚底部100 mm深度，并用充分预热的搅拌棒搅拌，对合金进行精炼细化10分钟；在735°C时用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气8分钟；静置20分钟后加入用量为铝液重量的O. 2%的除渣剂，采用多孔陶瓷板对铝合金液过滤除渣，并将合金熔体转入电阻静置炉，保持铝合金熔体温度在730°C，进行二次除气以减少含气量和含渣量对组织的影响，最后在730で的温度下静置30分钟。本实施例的中间合金采用AlCu50和AlCr2的组合物。本实施例的覆盖剂为NaCl和KCl的组合物，所述NaCl和KCl的重量比为1:1。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为680で，加压速度为35 mm/s，充型时间3s，比压为180 MPa，并在该压カ下保压35s，得到近终截面环坯。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150で时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度10微米，继续预热液态模锻模具至230で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。、
3)均匀化近终截面铝合金环坯冷却至440で时，保温24 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至440°C时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为430°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足Vf_=0. 55Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差30 mm吋，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理环坯在477で保温I h，冷水淬火，随后在100で保温8h后升温至180°C保温 6h ；
6)精整。 进ー步，本实施例所述的7075铝合金的化学成分(wt. %)Si :0. 08，Fe :0. 18，Cu I. 50，Mn 0. 05，Mg :2. 58，Cr :0. 25，Ti :0. 05，Zn :5. 65，其余为 Al。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比彡I. 4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第九实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7075铝合金
I)熔炼将7075铝合金熔炼完成后，在720°C的温度下静置25分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。熔炼过程中，当熔化炉温度上升到300°C时，先将纯铝锭加入熔化炉；当炉内温度升高到780°C，待铝锭基本熔化后，加入中间合金，并撒上覆盖剂；当温度下降到750で吋，将预热到200°C的镁块及纯锌块压入熔化炉的熔池中心，并加入用量为铝液重量的2%的精炼剂及用量为铝液重量的I. 5%的晶粒细化剂，用钟罩将精炼剂和晶粒细化剂压入距熔化炉坩埚底部100 mm深度，并用充分预热的搅拌棒搅拌，对合金进行精炼细化40分钟；在733°C时用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气5分钟；静置10分钟后加入用量为铝液重量的O. 1%的除渣剂，采用多孔陶瓷板对铝合金液过滤除渣，并将合金熔体转入电阻静置炉，保持铝合金熔体温度在730°C，进行二次除气以减少含气量和含渣量对组织的影响，最后在720°C的温度下静置25分钟。本实施例的中间合金采用AlCu50和AlCr2的组合物。本实施例的覆盖剂为NaCl和KCl的组合物，所述NaCl和KCl的重量比为1:1。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为700で，加压速度为40 mm/s，充型时间ls，比压为170MPa，并在该压カ下保压45 S，得到近终截面环坯；优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100°C时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层脱模齐IJ，涂层厚度20微米，继续预热液态模锻模具至250で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。3)均匀化近终截面铝合金环坯冷却至470で时，保温10 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至460で时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为460°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足、_=0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差40 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理环坯在465で保温I. 5 h，冷水淬火，随后在105で保温7h后升温至175で保温711 ；
6)精整。进ー步，本实施例所述的7075铝合金的化学成分(wt. %)Si :0. 10，Fe :0. 20，Cu I. 52，Mn 0. 08，Mg :2. 75，Cr :0. 22，Ti :0. 07，Zn :5. 90，其余为 Al。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比> I. 4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液 态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
O短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。第十实施例
本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤，本实施例的铝合金为7075铝合金
I)熔炼将7075铝合金熔炼完成后，在730°C的温度下静置20分钟；具体的，本实施例熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金；纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均用砂纸打磨，除去表面的氧化皮和污物，然后在清水中清洗，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。熔炼过程中，当熔化炉温度上升到310°C时，先将纯铝锭加入熔化炉；当炉内温度升高到770°C，待铝锭基本熔化后，加入中间合金，并撒上覆盖剂；当温度下降到745°C吋，将预热到300°C的镁块及纯锌块压入熔化炉的熔池中心，并加入用量为铝液重量的I. 5%的精炼剂及用量为铝液重量的1%的晶粒细化剂，用钟罩将精炼剂和晶粒细化剂压入距熔化炉坩埚底部100 mm深度，并用充分预热的搅拌棒搅拌，对合金进行精炼细化20分钟；在730°C时用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气10分钟；静置30分钟后加入用量为铝液重量的O. 3%的除渣剂，采用多孔陶瓷板对铝合金液过滤除渣，并将合金熔体转入电阻静置炉，保持铝合金熔体温度在730°C，进行二次除气以减少含气量和含渣量对组织的影响，最后在730で的温度下静置20分钟。本实施例的中间合金采用AlCu50和AlCr2的组合物。本实施例的覆盖剂为NaCl和KCl的组合物，所述NaCl和KCl的重量比为1:1。2)液态模锻将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第I)步骤中得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为690で，加压速度为37mm/s，充型时间6s，比压为200MPa，并在该压カ下保压38 S，得到近终截面环坯。优选的，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至120で时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度15微米，继续预热液态模锻模具至240で，喷涂脱模剂能够方便液态模锻模具脱摸。采用液态模锻制成近终截面环坯，使铝合金在压カ下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下エ艺特点1)液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；2)液态金属在压カ下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；3)液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应カ状态，有利于铸件的补缩和防止鋳造裂纹的产生；4)液态模锻エ艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有エ艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。
3)均匀化近终截面铝合金环坯冷却至455で时，保温12 h ；
4)余热等温轧制采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施热轧制过程，而不需要二次加热，当近终截面环坯降温至450で时，采用径轴复合轧环机上进行等温轧制，轧制模具温度为460°C。所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足、_=0. 5Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差45 mm时，轴向轧辊抬起；优选的，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。5)热处理环坯在470で保温I h，冷水淬火，随后在110で保温6h后升温至170°C保温 8h ；
6)精整。进ー步，本实施例所述的7075铝合金的化学成分(wt. %)Si :0. 05，Fe :0. 18，Cu
I.68，Mn 0. 08，Mg :2. 38，Cr :0. 19，Ti :0. 03，Zn :5. 88，其余为 Al。进一歩，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。进ー步，余热等温轧制的辗扩比彡I. 4，本实施例的辗扩比=1. 5，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度<3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330mm。本实施例的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法采用熔炼一液态模锻一均匀化一余热等温轧制一热处理一精整的エ艺流程，该方法首先熔炼铝合金溶液，随后采用液态模锻エ艺得到近终截面环坯，并利用环坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统エ艺相比，具有以下优点
1)短流程，有效提高生产效率；
2)无冲孔エ序，铝合金环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终成形；
3)精整エ序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；
4)还料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管參照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗g和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于包括熔炼—液态模锻一均勻化一余热等温轧制一热处理一精整； 所述液态模锻为将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为650-730で，加压速度为35-40 mm/s，充型时间1-6 S，比压为100-200 MPa，并在该压カ下保压35-60 S，得到近终截面环坯； 所述余热等温轧制为经均匀化后的近终截面环坯的温度降至430-480°C时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制。
2.根据权利要求I所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于将所述液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150-200で时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上ー层脱模剂，涂层厚度10-20微米，继续预热液态模锻模具至·250-300 0C0
3.根据权利要求I所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于所述余热等温轧制包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、減速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度与径向进给速度满足Vf^=0. 5-0. 6Ve@，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm时，轴向轧辊抬起。
4.根据权利要求3所述的铝合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于轧制模具与还料温差为±10°C。
5.根据权利要求3所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。
6.根据权利要求I所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于熔炼铝合金的原材料选用纯铝锭、纯锌块、镁块、铜块及中间合金，且纯铝锭、纯锌块和镁块在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入电炉中烘烤，去除所含水汽。
7.根据权利要求1-6任ー项所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在干所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，井根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。
8.根据权利要求I所述的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在干所述余热等温轧制的辗扩比> I. 4，轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度(3°，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径彡330_。
全文摘要
一种铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于包括熔炼→液态模锻→均匀化→余热等温轧制→热处理→精整；所述液态模锻为将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将熔炼得到的铝合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为650-730℃，加压速度为35-40mm/s，充型时间1-6s，比压为100-200MPa，并在该压力下保压35-60s，得到近终截面环坯；所述余热等温轧制为经均匀化后的近终截面环坯的温度降至430-480℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制。本发明的铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法不仅能够简化铝合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善铝合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。
文档编号B23P15/00GK102689155SQ201210200488
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者于文斌, 李路, 王放, 陈志谦 申请人:西南大学