径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺

摘要

径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺，先预热铜合金棒材，然后对铜合金棒材进行径向锻造，径向锻造后坯料的二次重熔，然后进行铜合金多通道阀体的半固态触变模锻，直至零件完全凝固，通过该工艺可制备出均匀的、无微观缺陷的铜合金半固态坯料并成形出微观组织缺陷少、机械性能好，密封性能强的多通道阀体制件，生产工序少，生产率高。

说明书

技术领域

本发明属于金属半固态加工与成形技术领域，尤其涉及径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺。

背景技术

铜合金多通道阀体主要用于管道系统中频繁的关闭开启管道，要求其具有较高的机械强度和密封性能。阀体的形状相对复杂，传统工艺方法为热锻法和热挤压法，但是在高温下材料毛坯的氧化和热膨胀等使热锻工艺不能保证成形件的质量，并且飞边余量较大导致材料使用率较低，后续机械加工工序较多，而且模具成形载荷大、寿命短、能耗大、成本相对较高；尽管部分多通道阀体的生产采用液态挤压铸造或者精密铸造的工艺，但是这些工艺的成形温度较高，模具寿命缩短，型腔制造成本较高，此外由于液态金属的紊流，成形零件内部不可避免的存在气孔、缩孔等微观缺陷，力学性能以及密封性能较差，废品率较高。

半固态加工成形技术即采用微观组织为球状晶粒悬浮在共晶液相的半固态坯料进行成形的工艺，球形或者近球形的半固态浆料具有明显的触变特性：即随着剪切速率的增加，表观粘度呈指数下降，使得成形过程中浆料具有流动性好、成形力低的特征。在成形过程中，半固态浆料以层流运动的方式顺序充填模具型腔，减少了缩松缩孔等微观组织缺陷，增强了零件的力学性能。半固态成形技术的关键在于制备具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态坯料。但是常规的机械搅拌法以及电磁搅拌法制备半固态浆料的工艺具有以下缺点：高温对机械搅拌器存在严重的腐蚀作用，腐蚀残渣与半固态浆料混合导致浆料不纯。电磁搅拌过程中高温浆料对电磁搅拌器有强烈的热辐射作用，需要增加额外的隔热冷却装置，设备复杂。此外不论电磁搅拌还是机械搅拌法制备的半固态浆料均存在成分偏析现象，坯料中心位置的微观组织较差，并且不可避免的存在微观孔洞，不能够获得均匀的、无缺陷的半固态坯料。而采用应变诱发激活法制备半固态坯料的工艺涉及的变形方法主要是压缩、轧制、等径角挤压、反复墩粗、拔长等常规方法。在制备大块坯料时，这些方法所需的塑性变形力过大，现有设备很难实现。因此不能够大批量的生产大尺寸的半固态坯料，故不能直接用于生产诸如多通道阀体这类尺寸相对较大并且形状复杂的零件。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺，通过该工艺可制备出均匀的、无微观缺陷的铜合金半固态坯料并成形出微观组织缺陷少、机械性能好，密封性能强的多通道阀体制件。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案为：

径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺，包括以下步骤：

1)预热铜合金棒材，将铜合金棒材随炉加热至200～250℃，并保温，对于不同直径的棒料具体的保温时间为0.5D～0.7D分钟，D为棒材的直径；

2)对铜合金棒材进行径向锻造，通过机械手将预热铜合金棒材取出并夹持旋转轴向送进，径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对坯料沿径向进行高频率往复锻打，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，断面收缩率达到60％以上，对于不同尺寸的零件，按照其零件所需的坯料直径，锻打至所需的直径；

3)径向锻造后坯料的二次重熔，将径向锻造后的坯料放回电炉或者中频感应加热炉中进行二次重熔，重熔温度为900～925℃之间，保温时间为15～20min，即获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铜合金坯料，此时对应的铜合金棒材的固相率为35.5～42.5％；

4)铜合金多通道阀体的半固态触变模锻，对模具型腔和型芯进行预热，预热温度为300～400℃，并将按照铜合金多通道阀体毛坯体积分段切割后的二次重熔坯料放入模具型腔，闭合多通道阀体模具后，上型芯以30mm/s～50mm/s的压下速度充填模具型腔，同时左侧的左型芯向内挤压，挤压到位后，上型芯和左型芯同时继续持续加压，保证其比压为80-100Mpa，直至零件完全凝固。

相对于现有技术，本发明将径向锻造技术用于制备铜合金半固态坯料并制造铜合金多通道阀体零件具有以下优点：

1.本发明采用径向锻造技术，通过多次小变形连续锻造的方式实现铜坯料的大塑性变形，大大降低了塑性成形力，能够在小吨位的设备上连续大批量制造铜合金半固态坯料，具有成本低、连续生产能力强及性能高的特点。并通过二次重熔径向锻造铜合金棒料制备出球形晶粒好、分布均匀均匀，微观缺陷少，成形性能好的半固态铜合金浆料，工艺过程简单，容易操作。该工艺不仅避免了机械搅拌法和电磁搅拌法存在的成分偏析，微观组织不均匀的缺陷，而且解决了传统应变诱发法采用的等径角挤压、轧制、反复锻造等工艺出现的变形材料尺寸增大则变形力过大，难以在现有设备上变形的问题。

2.本发明采用的半固态触变模锻工艺制备多通道铜合金阀体，零件成型温度相对于液态挤压铸造较低，而且由于半固态铜合金坯料具有触变性，其变形抗力较低，成形更加容易，成形件的精度高，尺寸稳定。此外，铜合金半固态浆料的粘度大于液态铜合金，保证充填过程中半固态浆料以层流方式充填模具型腔，避免压铸工艺中液态金属的紊流带来的气孔以及缩松缩孔等微观组织缺陷，零件的微观缺陷较少，机械性能增强，气密性变得更好，成形后的零件由于其金相组织为独立细小的球状晶分布在低熔点共晶体上，避免了压铸工艺产生的传统枝晶组织出现的微观应力集中。而且模具结构简单，生产工序少，生产率高。

附图说明

图1是本发明的工艺原理示意图。

图2是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细描述。

参照图1和图2，以Φ150mm的铜合金棒举例，径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺，包括以下步骤：

1)预热铜合金棒材，将Φ150mm铜合金棒材随炉加热至200～250℃，并保温60～80分钟，保证整个坯料热透；

2)对铜合金棒材进行径向锻造，通过机械手将预热铜合金棒材取出并夹持旋转轴向送进，径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对坯料沿径向进行高频率往复锻打，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，断面收缩率达到60％以上，对于不同尺寸的零件，按照其零件所需的坯料直径，锻打至所需的直径；

3)径向锻造后坯料的二次重熔，将径向锻造后的坯料放回电炉或者中频感应加热炉中进行二次重熔，重熔温度为900～925℃之间，保温时间为15～20min，即获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铜合金坯料，此时对应的铜棒的固相率为35.5～42.5％；

4)铜合金多通道阀体的半固态触变模锻，对模具型腔和型芯进行预热，预热温度为300～400℃，并将按照铜合金多通道阀体毛坯体积分段切割后的二次重熔坯料放入模具型腔，闭合多通道阀体模具后，上型芯以30mm/s～50mm/s的压下速度充填模具型腔，同时左侧的左型芯向内挤压，挤压到位后，上型芯和左型芯同时继续持续加压，保证其比压为80-100Mpa，直至零件完全凝固。

通过以上步骤，能够获得80～100um的球状晶粒均匀的分布在共晶基体中且微观组织缺陷较少的铜合金半固态坯料，显著的减少了机械搅拌及电磁搅拌法出现的成分偏析、缩松缩孔等微观缺陷。通过半固态触变挤压铸造工艺保证半固态铜合金坯料的层流式顺序充填模具型腔，制备出的多通道铜合金阀体气孔少，缩松缩孔少，组织均匀，增强了该零件的机械性能以及密封性能。