[发明专利]一种具有厚度梯度的坯锭锻造用包套及其使用方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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，本发明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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

优选地，所述包套内径为300～1000mm。