錘鍛件有效壓實工藝準則及應用

任 猛 顧世平 宋樹江 沈 利

(亞洲重工集團有限公司，江蘇214128)

錘鍛件有效壓實工藝準則及應用

任 猛 顧世平 宋樹江 沈 利

(亞洲重工集團有限公司，江蘇214128)

對大型自由鍛錘的工藝過程采用有效壓實法工藝參數(shù)進行控制，可以減少鐓粗次數(shù)、保證產(chǎn)品質量、提高產(chǎn)量。文中還簡要闡述了工藝準則和應用實例。

錘鍛件；有效壓實；工藝準則

目前，自由鍛錘的生產(chǎn)工藝基本上都沒有制定詳細的拔長程序控制。各企業(yè)通常采用兩次鐓粗，甚至三次鐓粗的鍛造方法，這樣往往會使鍛比很大、火次較多、生產(chǎn)效率低下，并且也無把握能夠保證產(chǎn)品合格。筆者根據(jù)有效壓實法原理，采用了優(yōu)化工藝準則，對鍛造過程給出了通用、量化的參數(shù)，用來指導工藝編制和鍛造操作，不僅大大提高了產(chǎn)品質量，還可以提高鍛件產(chǎn)量30%以上。

1 錘鍛件有效壓實臨界條件

長期的研究結果表明，拔長過程屬于三維變形，是壓合內部孔洞、改善組織結構、提高材料致密度最有效的方法。而鐓粗只是當拔長鍛比不足時，為了增大坯料截面尺寸，從而增大拔長鍛比所采取的輔助手段[1]。英國的A. Tomlinson 和J. D. Stringer早在1957年的試驗結果也表明，單純依靠鐓粗的方法，僅僅只是壓合鋼錠中心點的縱向孔洞，就需要鐓粗到徑高比8∶3的近似扁圓餅狀態(tài)。這樣也僅僅只能是壓合中心點的孔洞，而在上下表面和中心點之間的孔洞還沒有完全閉合。如此之高的鐓粗程度，在實際生產(chǎn)中也是根本不可取的[2]。

圖1示意為自由鍛錘的工作情況。坯料位于上錘頭和下砧塊之間，變形方式同F(xiàn)M法。研究結果表明[3]：在FM法鍛造的條件下，使坯料心部變形達到最大，須使砧寬比W/H≥0.4，最佳砧寬比為0.6，有效砧寬比的范圍為0.4～0.8之間。根據(jù)有效壓實鍛造法的臨界條件，為了滿足使坯料內部任一點的最大壓應變達到≥0.6[3]，只要在拔長過程中采用適當?shù)拇笞冃畏绞剑拐鑼挶鹊姆秶淮涡愿采w0.4～0.8的全過程，就可以實現(xiàn)。

圖1 錘鍛件工作示意圖Figure 1 Schematic diagram of forging hammer in working

砧寬比W/H的計算為：進砧寬度W=錘頭寬度×80%，H為鍛造前或翻轉后坯料的截面高度。

2 錘鍛件有效壓實拔長程序

鍛錘使用的坯料一般采用鋼錠下料、連鑄坯下料或鍛坯下料三種形式。通常，在編制鍛造工藝時已知所選用材料的規(guī)格和尺寸。這樣，事先就可以按照有效壓實法工藝準則來判斷是否可以不鐓粗，如果需要鐓粗的話，只鐓粗到多少截面就能夠滿足變形需要。這樣可以大大減少操作時間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

在考慮下料的時候，首先須根據(jù)設備凈空距來考慮坯料的長度尺寸，要給錘頭留有適當?shù)拇驌艨臻g。如果在拔長之后，有二次鐓粗的情況，也需要控制坯料的長度，考慮錘頭的打擊空間。

表1 大截面鍛件扁方壓實鍛造工藝參數(shù)Table 1 Technological parameters of flat compaction according to the weight of large section forgings

表1給出了適用于30 kN和50 kN自由鍛錘的有效壓實工藝參數(shù)[4]。

表1的工藝參數(shù)可保證截面較大的鍛件壓實鍛透，鐓粗后，走扁方大變形鍛造。

使用扁方鍛造時的鐓粗次數(shù)通常一次，最多兩次，足可以保證壓實鍛透。使用50 kN鍛錘生產(chǎn)重量≤2 300 kg的鍛件時，只鐓粗一次；使用30 kN鍛錘生產(chǎn)重量≤1 600 kg的鍛件時，只鐓粗一次。表1中的鍛件重量也可以細分為50 kg或30 kg一檔。

扁方的截面長寬比通?？刂圃?.4上下。之所以沒有選擇更扁，是考慮帶鼓肚的坯料寬度，應控制其不超過錘頭的長度。

按照表1給出的工藝參數(shù)生產(chǎn)了某出口液壓缸鍛件，材料為4330，鍛件尺寸為1 005 mm×690 mm×490 mm，重量2 695 kg，無損檢測及力學性能要求極高。坯料采用拔坯下料，用50 kN錘生產(chǎn)。原工藝采用三次鐓粗拔長，再鐓粗成形。新工藝路線為：(1) 鐓粗至高750 mm，鍛扁方450 mm×630 mm；(2) 再鐓粗至高750 mm，鍛扁方490 mm×700 mm，成形，鍛后正火+回火。該工藝減少兩次鐓粗，生產(chǎn)效率大為提高，并且，無損檢測結果也非常理想。

3 小截面鍛件的扁方壓實通用工藝規(guī)范

3.1 軸類鍛件不鐓粗直接扁方鍛造成形范例

(1)用≥500 mm方鍛?400 mm以下軸可以不鐓粗。具體工藝如下：

500 mm方→330 mm扁方→340 mm扁方→385 mm方→?400 mm軸

(2)用≥450 mm方鍛?350 mm以下軸可以不鐓粗。具體工藝如下：

450 mm方→290 mm扁方→300 mm扁方→335 mm方→?350 mm軸

(3)用≥400 mm方鍛?300 mm以下軸可以不墩粗。具體工藝如下：

400 mm方→250 mm扁方→260 mm扁方→285 mm方 ?300 mm軸

(4)用≥350 mm方鍛?250 mm以下軸可以不鐓粗。具體工藝如下：

350 mm方→210 mm扁方→210 mm扁方→240 mm方→?250 mm軸

用≥300 mm方鍛?200 mm以下軸可以不鐓粗。具體工藝如下：

300 mm方→170 mm扁方→170 mm扁方→190 mm方→?200 mm軸

(5)用≥250 mm方鍛?150 mm以下軸可以不鐓粗。具體工藝如下：

(6)250 mm方→130 mm扁方→130 mm扁方→145 mm方→?150 mm軸

以上規(guī)范適用于鍛圓棒或臺階軸。在鍛臺階軸時，以上的?指其最大直徑，操作時盡量對最大截面處使用滿砧鍛打，以確保壓實鍛透。對于圓形或八方形坯料，只需乘以1.2倍即可，如坯料為500 mm方的，圓截面則為?600 mm。超出以上范圍的情況，可按前述“大截面鍛件扁方壓實鍛造工藝參數(shù)”表格制定鐓粗、拔長工藝路線。

3.2 實心或空心餅類鍛件

(1)鍛件高度H<100 mm，如坯料高度≥200 mm，可直接成形，不需鐓拔壓實。

(2)鍛件高度H≥100 mm～150 mm，如坯料高度≥300，可直接成形。

(3)鍛件高度H≥150 mm～200 mm，如坯料高度≥450，可直接成形。

(4)鍛件高度H≥200 mm～250 mm，如坯料高度≥550，可直接成形。

(5)鍛件高度H≥250 mm～300 mm，如坯料高度≥650 mm，可直接成形。

對中高CrMo鋼、CrMnMo鋼以及含Ni較高的合金鋼，如經(jīng)水壓機拔料后已冷至室溫多時，內部可能已產(chǎn)生白點，則需要考慮心部壓實鍛透。

對厚餅類鍛件可以選用合適的沖頭，采取在中心雙面壓窩的方法鍛造成形。薄餅鍛造工藝中要提醒進砧寬度小于坯料高度，防止鍛件產(chǎn)生內部撕裂。

3.3 筒類及法蘭類鍛件

(1)擴孔時，如使用的馬杠直徑不小于鍛件壁厚的兩倍，有不小于兩次15%左右的擴孔變形量，則可以直接成形。因為成形鍛造過程中便可壓實鍛透，否則需要先鐓拔壓實再成形。該準則也同樣適用于壓機鍛件工藝。

(2)對于馬杠直徑小于鍛件壁厚兩倍的情況，也可以采用先擴孔至鍛件壁厚為馬杠直徑的二分之一，然后再用收孔成形的辦法，增加壁厚至鍛件尺寸，也能保證壓實鍛透。

(3)成形細長筒時，必須趁高溫先收兩頭，然后再按六方或八方鍛出中間筒身。因為靠近兩端的料冷卻較快，溫度低時容易開裂，出現(xiàn)波浪或喇叭口形狀。

(4)鐓粗和沖孔時要保持坯料平直，防止出現(xiàn)折疊裂紋。

(5)拔長筒子時一定要采用八方或六方鍛造，這樣內壁不會產(chǎn)生尖角、折裂。

3.4 板類或模塊類鍛件

對板類或模塊類鍛件，應堅持先保證鍛透壓實，然后再成形的原則。

(1)對幾件連鍛的矩形截面鍛件，在拔長壓實變形過程中，可將一個方向的高度鍛到尺寸，控制寬度不小于1.1倍鍛件寬度，則在溫度合適的情況下，可以順利鍛出棱角。

(2)成形時應掌握高溫出棱角、低溫壓平面的原則。

(3)薄板鍛造工藝中要提醒進砧寬度小于坯料高度，防止內部撕裂。

(4)有時需要借助輔助工具，如壓棍、壓鏟、壓塊等鍛出棱角。

4 錘鍛件鍛后冷卻方法

含Ni鋼鍛后必須做正火+回火處理，防止出現(xiàn)白點報廢。其它材料如果截面較大、氫含量較高，也需要做正回火處理，以利細化晶粒和防止白點。

對不需要做鍛后熱處理的常規(guī)材料，鍛后應盡量散冷，使各方向冷卻均勻、性能均勻。大型鍛件應墊起空冷，易裂鋼則采用堆冷或沙冷。

5 結論

(1)按照有效壓實鍛造法的扁方鍛造工藝準則來編制自由鍛工藝，可以減少鐓粗次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

(2)各企業(yè)可在本文給出的工藝參數(shù)基礎上，按照自己的設備和工具尺寸來編制扁方拔長參數(shù)表。

[1] 杜學剛.大型支承輥類鍛件鍛造工藝優(yōu)化的云紋法模擬.清華大學博士論文，1989年6月.

[2] A. Tomlinson and J. D. Stringer . Journal of Iron and Steel Institute. Mach, 1958, P209.

[3] 任猛.大型鋼錠內部孔洞性缺陷鍛合過程的數(shù)值模擬和實驗研究。清華大學博士論文，1987年6月.

[4] 任猛,龔洋道,陳林.錘鍛件通用工藝規(guī)范.南京迪威爾重型鍛造股份有限公司，2010.

編輯 杜青泉

Effective Compaction Criterion for Forging Hammer and Its Application

RenMeng,GuShiping,SongShujiang,ShenLi

It is important to control heavy open forging process with technological parameter in effective compaction criterion. The application of the criterion may help in the improvement of product quality, reduction of forging time as well as the improvement of productivity. The criterion and its application is introduces in this paper.

forging hammer; effective compaction; forging technology criterion

2013—05—24

TG316

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