来听听专业人士说说大型轴类锻件的锻造工艺
2018-10-24 16:53
admin
大型轴类锻件，一般都是由钢锭直接锻造而成。锻件的质量越大，钢锭的吨位也越大。钢锭在浇铸过程中，中心区的非金属夹杂物、偏析、缩孔和密集性疏松等缺陷严重。为了获得满足要求的锻件质量，必须通过锻造的方法来消除钢锭内部的缺陷。但在实际生产过程中，大型轴类锻件的超声波探伤合格率往往较低。例如我公司在生产一批直径Φ800mm，长度为9000mm的辊时，采用了传统锻造工艺理论的普通平砧拔长工序，结果有40％的辊都因辊身中心部位存在大量轴向密集缺陷或纵向裂纹而达不到超声波探伤要求。究其原因，除了铸造钢锭方面缺陷以外，锻造工艺也有需要改进之处。而近年来对大型锻件锻造进行的大量研究和模拟试验表明，传统锻造工艺理论的普通平砧拔长工序对大型锻件的锻透性作用并不理想，这也是大型轴类锻件超声波探伤合格率不高的主要原因。
1.上下普通平砧拔长工艺分析
大型轴类锻件的传统锻造工艺如下：钢锭倒棱镦粗后用上下普通平砧拔长。其主要变形阶段是采用上下普通平砧拔长工序来实现的。因此，拔长工艺及工艺参数的选择对轴类锻件的质量至关重要。其中相对进给量e=L/H是一个很重要的指标，其对锻件质量有很大的影响。在上下两砧间满砧拔长时，相对进给量应该控制在0.5-0.8之间。
拔长时，如果相对进给量＜0.5，钢锭（或坯料）心部变形小于表层，尤其是相对进给量越小（如e为0.2～0.25），则只有表层变形，心部不变形，形成“双鼓形”（见附图），在坯料心部出现横向拉应力，中心缺陷不能焊合，塑性较低的地方甚至会形成新的裂纹，或者使钢锭中的缺陷进一步扩大，影响内部质量。若相对进给量＞0.8，坯料的宽展大于拔长，不仅降低了拔长的效率，而且还会因反复锻压，在坯料内部形成纵向裂纹。
从满足相对进给量的要求来看，由于锻件尺寸的增大和技术条件的提高，特别是对超声波探伤要求较严的锻件生产，增加了制造技术的困难。如果砧宽度尺寸不够大，即使是满砧进给，其相对进给量仍较小，钢锭心部不易锻透，内部疏松等缺陷不能被焊合，势必影响到锻件的超声波探伤，横向和纵向力学性能达不到质量要求。
可见，若想消除钢锭心部缺陷，提高大型轴类锻件的探伤合格率，还应从锻造工艺入手，加大上下平砧的宽度，增加锻透性。
2.轴类锻件的WHF锻造法
WHF锻造法就是采用比普通平砧宽的专用上下宽平砧，在高温下对坯料进行强力压下拔长的锻造方法。其可使大钢锭的心部产生大的应变而发生塑性变形，并锻合心部的缩孔和疏松等缺陷。WHF锻造法在操作时，砧宽和坯径之比最佳值应选为0.67～0.77。坯料的每次进给量一般要达到砧宽的90％以上。在坯料直径小于Φ1300mm时进给量也不得小于砧宽的70％。否则，在变形量不大的情况下，和普通平砧变形一样，达不到WHF的效果。
实施WHF锻造法时，坯料的加热温度要比通常锻造工序高20～30℃，使其容易产生塑性变形。保温时间为一般锻件的1.3～1.5倍，视其坯料截面尺寸和高温扩散的要求而定。保温时间长，使坯料里外温差小，在强力压下时，外部不易产生裂纹，心部也能发生大的应变，锻合缺陷。上下砧宽B与坯料直径D的比应满足0.5≤B/D≤0.8。从锻造的成本考虑，上下宽平砧不宜制造过多。可按锻件主截面大小，配置两三种即可。宽平砧的圆角也要适当加大，防止大压下量后产生折伤。操作时每次压下量为压下前直径的15％～20％，最佳取20％。若压下量小，则心部发生的应变也小。严格执行规定的压下量，还可起到钢锭中心与锻件中心基本相重合的作用。
3.结论
（1）用常规锻造工艺锻造大型轴类锻件时，锻件心部易产生横向拉应力，拉应力与夹杂物交互作用，会在锻件内部产生裂纹。钢锭心部的组织缺陷也不能得到有效锻合。
（2）用WHF锻造法锻造大型轴类锻件，并选用合理的工艺参数，可有效提高钢锭的锻透性，形成防止裂纹产生的变形机制。生产实践表明，WHF锻造法可以建立这种变形机制，显著提高大型轴类锻件的成品率。该工艺理论用于大型锻件的生产与修复中，都有非常好的效果。
