一种双金属材料药型罩的镦挤成形方法技术

本发明专利技术提供了一种双金属材料药型罩的制备方法，包括镦挤复合成形，所述镦挤是在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～10道次的挤压变形，每道次的变形量在3～40%。本发明专利技术克服了常规制备方法获得构件表面质量差、内部晶粒尺寸差异大、应力分布不均等技术难题，很好的控制组织均匀性、壁厚一致性，同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、易于实现工业化生产等优点。

Upsetting extrusion forming method for bimetal material liner

The invention provides a preparation method of a double metal material type cover, including upsetting and extrusion forming. The upsetting, under the action of three direction pressure stress and deformation rate of 5 to 10mm/s, passes through 3~10 times of extrusion deformation, and the amount of deformation at each pass is 3 to 40%. The invention overcomes the problems of poor surface quality, large difference in grain size and uneven distribution of stress in conventional preparation methods, and it can control the uniformity of tissue and the consistency of wall thickness well, and also has the advantages of high production efficiency, good process stability and easy to realize industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种双金属材料药型罩的镦挤成形方法
本专利技术属于金属塑性成形技术，具体地说是一种双金属药型罩精密成形领域。
技术介绍
钽具有高密度、高动态延展性和优异的侵彻性能，能够显著提高在大炸高下的侵彻能力和抗干扰能力，是杆式射流(JPC)、爆炸成形弹丸(EFP)药型罩的理想材料之一。钽材料成本居高不下是药型罩应用的限制性环节，为了降低材料成本，提升药型罩的侵彻毁伤后效，近年来开发出侵彻后具有引燃毁伤后效的钽锆双金属材料。通过查阅相关的文献资料表明，国内外针对钽、钽合金药型罩的制造技术，主要有棒材车削加工、板材冲压成形、旋压成形、摆碾成形，如德克萨斯大学的Romero等人对Ta、Mo材料塑性成形锥形壳体研究后认为，采用强烈旋压成形技术可以获得具有微米晶的锥形壳体，表面光亮、晶粒细小尺寸可加速锥形壳体在爆轰作用下射流动态再结晶过程，有利于增强射流稳定性和延长射流破断时间(参见RomeroLA.Theinstabilityofrapidlystretchingplasticjet[J]，J.Appl.Phys.，1999，65，3006-3016)；北京有色金属研究总院的彭海健等人采用摆碾成形技术，加工Ta-W合金薄壁回转体零件，金属流线完整、呈放射状，使薄壁回转体零件周向的性能基本相同，平均晶粒尺寸≤50μm(参见彭海健.钽合金零件的摆辗成形工艺[J]，稀有金属，2009，8，597-600)。这些技术存在的具体不足和缺点：一是棒材车削加工，钽易粘刀，形成啃挤缺陷，且表面粗糙，且加工非常困难、材料利用率低、加工周期长，仅能保证零件的形状结构，不能改善内部组织与性能；二是板材冲压成形织构各向异性大、内部组织混晶严重，不能改善板材轧制的各向异性，同时冲压属于局部成形，钽与锆变形不一致，几何形状不确定，对称性差，尺寸不稳定；三是旋压成形件表面粗糙、尺寸精度难以保证，同时晶粒组织扭曲度大，沿药型罩周向应力分布不均，沿母线方向变形量差异大，晶粒尺寸不均匀，同时精加工过程复杂；四是摆碾成形仅能获得一定形状结构毛坯，尺寸精度与表面质量不能满足产品最终使用要求，还需要后续切削加工来达到尺寸精度要求。
技术实现思路
本专利技术首次提出一种双金属材料药型罩的镦挤成形方法。本专利技术是通过下列技术方案实现：一种双金属材料药型罩的制备方法，包括镦挤复合成形，所述镦挤是在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～10道次的挤压变形，每道次的变形量在3～40％。优选的，所述镦挤中在坯料表面涂布润滑剂。进一步的，所述镦挤成形的药型罩锥面、球面圆周壁厚差≤0.1mm、表面粗糙度≤Ra0.2μm。上述双金属材料药型罩的制备方法，还包括镦挤后的静态再结晶热处理，所述热处理保温温度1000～1250℃、保温时间1～1.5h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉。上述双金属材料药型罩的制备方法，还包括镦挤复合成形前的均匀化热处理，所述均匀化热处理的保温温度700～900℃、保温时间1～3h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉。优选的，上述双金属材料为钽锆材料。一种双金属材料药型罩的制备方法，包括镦挤复合成形步骤及其后的静态再结晶热处理，经过下列工艺步骤实现：(1)坯料的制备：依据设计的球冠、球缺、偏心亚半球药型罩形状结构，计算得出原材料的体积，并依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，以及数值模拟仿真分析，选取合适的坯料尺寸，根据零件体积不变原理切取相应的钽锆坯料尺寸，钽锆板材的厚度3～7mm，钽锆双金属材料的厚度比1∶1、1∶2、2∶1、3∶1等不同材料。(2)均匀化热处理：将步骤(1)所得坯料放入真空热处理炉中进行均匀化退火处理，保温温度700～900℃、保温时间1～3h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉，以获得均匀的组织，并降低材料的加工硬度，提高材料的塑性成形性。(3)镦挤复合成形：将步骤(2)所得的坯料放入预成形模具模腔内，在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～10道次的挤压变形，每道次的变形量在3～40％之间，在成形过程中坯料表面涂布一层润滑剂，镦挤成形药型罩锥面、球面圆周壁厚差≤0.1mm、表面粗糙度≤Ra0.2μm。(4)再结晶热处理：将步骤(3)获得的镦挤成形药型罩放入真空热处理炉中，保温温度1000～1250℃、保温时间1～1.5h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉，通过静态再结晶退火处理进行晶界优化，以及位错的滑移、攀移，使局部点阵和晶界面取向变动，促使退火过程中动态再结晶和孪晶的形成，降低加工硬化效应，并得到具有均匀细小退火再结晶组织结构的药型罩。(5)将步骤(4)所得的坯件放入精成形模具模腔内，在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过1～4道次的挤压变形(坯件旋转90℃或180℃)，每道次的变形量在0.5～3％；药型罩锥面、球面圆周壁厚差≤0.07mm、表面粗糙度≤Ra0.2μm。所述步骤(3)中3～10道次的镦挤变形，根据药型罩的口径尺寸、锥角度、壁厚、球面半径等形状结构特点，设计所需的变形道次等工序，尺寸规格小、形状简单的零件变形道次少，相同口径药型罩球冠形状比球缺形、偏心亚半球的变形道次少，同时双金属材料中锆的比例大变形道次也减少。所述步骤(3)中变形量为3～40％，根据变形道次和零件结构特点，合理分配每道次的变形量，随变形道次的增加变形量降低，通过阶梯变形量控制药型罩的塑性成形。所述步骤(3)中润滑剂，包括茶油、精冲油、蓖麻油、菜籽油等常用润滑剂中一种或几种混合，在每道次成形过程中涂布在坯料表面，减少坯料与模具接触面间的摩擦力，提高成形过程中金属的流动性，并改善成形构件的表面质量。所述步骤(5)中1～4道次的挤压变形，根据药型罩的形状结构，锥面、球面圆周壁厚差来确定。有益效果本专利技术药型罩具有双曲面空间结构，尺寸精度、表面质量要求高，本专利技术通过镦挤累积塑性变形及前后工艺改进实现形状尺寸、组织性能、表面质量的多重控制。本专利技术采用镦挤复合成形的累积大变形控制技术，并结合再结晶退火热处理，在镦挤复合变形过程中的变形应力和累积应变效应促进材料内部的堆垛错排和晶粒的细化，再通过退火热处理工艺促使动态再结晶、孪晶的形成，获得均匀、细小等轴晶组织结构，为双金属材料药型罩的研制提供了一种新的制备方法。本专利技术克服了常规制备方法获得构件表面质量差、内部晶粒尺寸差异大、应力分布不均等技术难题，很好的控制组织均匀性、壁厚一致性，同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、易于实现工业化生产等优点。(1)材料利用率高。采用镦挤复合成形方法生产的球缺药型罩内外型面不留加工余量，材料利用率达到95％，可以显著提高药型罩材料利用率。(2)成形件产品性能好。采用镦挤复合成形方法生产的药型罩，其金属纤维沿零件轮廓形状分布，且连续致密，通过再结晶退火处理，获得低应力状态等轴细晶组织；同时药型罩内外型面不加工，克服了车削刀痕对杆式侵彻体、连续射流形成的影响。(3)零件产品尺寸规格一致性好。镦挤复合成形方法生产的药型罩的内外表面粗糙度、圆周壁厚差等通过模具工装系统保证，外界干扰因素小，同时成形模具使用寿命长，因而零件产品尺寸规格的一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双金属材料药型罩的制备方法，包括镦挤复合成形，所述镦挤是在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～10道次的挤压变形，每道次的变形量在3～40%。

【技术特征摘要】
1.一种双金属材料药型罩的制备方法，包括镦挤复合成形，所述镦挤是在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～10道次的挤压变形，每道次的变形量在3～40%。2.如权利要求1所述双金属材料药型罩的制备方法，所述镦挤中在坯料表面涂布润滑剂。3.如权利要求1或2所述双金属材料药型罩的制备方法，所述镦挤成形的药型罩锥面、球面圆周壁厚差≤0.1mm、表面粗糙度≤Ra0.2μm。4.如权利要求1、2或3所述双金属材料药型罩的制备方法，还包括镦挤后的静态再结晶热处理，所述热处理保温温度1000～1250℃、保温时间1～1.5h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉。5.如权利要求1-4任一所述双金属材料药型罩的制备方法，还包括镦挤复合成形前的均匀化热处理，所述均匀化热处理的保温温度700～900℃、保温时间1～3h，真空度≥3×10-3Pa，再随炉冷却至80～100℃出炉。6.如权利要求1-5任一所述双金属材料药型罩的制备方法，所述双金属材料为钽锆材料。7.如权利要求1所述双金属材料药型罩的制备方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒大禹，陈强，屈俊岑，吴洋，张帷，赵祖德，赵强，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50