改善軸類鍛件力學性能的研究

安紅萍　李　婷　栗玉杰(太原科技大學材料科學與工程學院，山西030024)

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改善軸類鍛件力學性能的研究

安紅萍李婷栗玉杰
(太原科技大學材料科學與工程學院，山西030024)

摘要:比較新型凸面砧拔長與WHF法鍛造后軸類件的各項力學性能發(fā)現(xiàn)，采用新型凸面砧拔長能更好的改善工件力學性能。

關鍵詞:大型軸類鍛件;凸面砧;力學性能

大型軸類件作為重型設備的關鍵零件，由于其工作環(huán)境惡劣，且受力情況復雜，使得對工件內部質量和力學性能的要求極其嚴格［1］。大型軸類鍛件主要靠拔長來完成，因此拔長工藝的選擇決定著最終的工件質量和力學性能。目前，最常用的拔長方法有上下平砧拔長、FM法、WHF法、上下V型砧拔長、上平下V型砧拔長等［2］。但通過這些方法鍛造后工件內部的纖維流向基本平行于軸向，使得存在力學性能的各向異性［3］。通常方法是利用增加鐓粗工序來消除以上弊端。但當鍛比增大到一定范圍，隨著拔長比的增大，鐓粗對橫向力學性能的改善效果并不明顯［4］。為了改善鍛件拔長出現(xiàn)的性能各向異性，提高軸類件橫向力學性能，本文開發(fā)了一種新的砧型——新型凸面砧。并通過縮比試驗與WHF法鍛造工藝鍛制的工件進行各項力學性能對比，從而分析新型凸面錐形砧制坯工藝的優(yōu)缺點。

1　實驗方案

為了確定新型凸面砧拔長鍛造對軸類件橫向力學性能的改善效果，在2 MN油壓機上進行了新型凸面砧拔長鍛造與普通平砧拔長鍛造對比實驗。通過對比不同砧子鍛后工件的各項力學性

表1　30Cr2Ni4MoV鋼化學成分(質量分數(shù)，%)Table 1　Chemical properties of 30Cr2Ni4MoV steel ( mass fraction，%)

圖1　新型凸面砧尺寸圖Figure 1　 Dimension of the new type of convex anvil

能，來確定新型凸面砧對軸類件橫向力學性能的改善效果。

工件材料選30Cr2Ni4MoV鋼，其化學成分如表1所示。毛坯規(guī)格為?130 mm×80 mm，一端加工?50 mm×70 mm的鉗把。將毛坯加熱至1 260℃，然后分別利用WHF法、新型凸面砧鍛造法鍛為90 mm×90 mm截面，之后空冷。

新型凸面砧上砧如圖1所示。

其中工作面為帶8°角、150 mm寬的凸型斜面，左右兩邊各多出50 mm寬的平面A用來限位以便操作。下砧為普通平砧，與上砧等寬。鍛造時，采用0°-180°-90°翻轉方式，壓下量為11%。當工件翻轉180°后錯半砧下壓。

在鍛后試件的相同部位取樣，分別沿橫向、縱向取試樣進行拉伸和沖擊試驗。并對鍛后工件橫向、縱向的屈服強度、抗拉強度、延伸率、斷面收縮率及沖擊功進行對比。鍛后工件上取試樣位置及試驗項目如圖2所示。

2　試驗結果及分析

在鍛件相應位置取試樣后，按照GB 6397—1986將試樣加工成標準圓棒拉伸試樣。拉伸試樣具體參數(shù)要求如圖3所示。

2．1強度對比

通過WHF法和新型凸面砧鍛制后，工件的屈服強度及抗拉強度如表2、表3所示。對比表2、表3發(fā)現(xiàn)，與WHF法相比，新型凸面砧拔長后工件軸向和橫向的屈服強度分別提高1．0%和8．5%，抗拉強度分別提高0．5%和12．5%。

2．2塑性指標對比

經過不同鍛造方法鍛后，對比工件在不同方向的延伸率和斷面收縮率。

通過WHF法和新型凸面砧鍛制后，工件的延伸率和斷面收縮率如表4、表5所示。對比表4、表5發(fā)現(xiàn)，與WHF法相比，新型凸面砧拔長后工件軸向、橫向的延伸率分別提高19．4%和5．5%，斷面收縮率分別提高5．0%和4．1%。

圖2　鍛后取樣示意圖Figure 2　 Schematic drawing of sampling after forging

圖3　拉伸試樣Figure 3　Tensile specimen

表2　WHF法鍛后工件屈服及抗拉強度Table 2　The yield and tensile strength of workpiece after forging by WHF method

表3　新型凸面砧鍛后工件屈服及抗拉強度Table 3　The yield and tensile strength of workpiece after forging by the new type of convex anvil

表4　WHF法鍛后工件塑性指標Table 4　Plasticity index of workpiece after forging by WHF method

表5　新型凸面砧拔長后工件塑性指標Table 5　Plasticity index of workpiece after drawing by the new type of convex anvil

圖4　沖擊試樣Figure 4　Impact specimen

表6　WHF法和新型凸面砧拔長后工件沖擊功Table 6　Impact energies of workpieces after drawing by WHF method and the new type of convex anvil

2．3沖擊功對比

在不同工藝鍛后工件的相同部位(如圖2)取

樣，并按照國標尺寸加工試樣。具體參數(shù)要求如圖4所示。

通過WHF法和新型凸面砧拔長后，工件各向的沖擊功如表6所示。

由表6可以得出:利用WHF法鍛造后，工件橫向的沖擊功平均值僅48 J，軸向的沖擊功平均值為68 J，軸向上沖擊功比橫向高約41．7%。而利用新型凸面砧拔長后，工件橫向的沖擊功平均為60．7 J，軸向的沖擊功平均為68．7 J。

因此，與WHF法相比，通過新型凸面砧拔長后工件橫向的沖擊功提高26．5%，軸向變化不大。并且新型凸面砧拔長能相對減小材料鍛后韌性的各向異性。

3　結論

通過高溫縮比鍛造實驗，對不同鍛造工藝鍛后工件力學性能進行測定。發(fā)現(xiàn)采用新型凸面砧拔長后軸類鍛件力學性能有所提高。

參考文獻

［1］郭會光，田繼紅．大型鍛造的質量控制和研究方略［J］．大型鑄鍛件，2007 ( 2) : 45－46．

［2］劉國暉．大型鍛件鍛造的關鍵技術［J］．中國機械工程，

2005，15( 22) : 2037－2040．

［3］張永軍，劉助柏，韓靜濤，等．水平V型錐面砧改善軸類鍛件異向性的研究［J］．鍛壓技術，2008，33( 4) : 9－13．

［4］辛向陽，劉方紅，鄧蜀寧．大鍛件鍛造方法綜述［J］．大型鑄鍛件，1999( 1) : 43－48．

編輯杜青泉

Research on the Improvement of Mechanical Properties of Shaft Forgings

An Hongping，Li Ting，Li Yujie

Abstract:It is found that drawing by the new type of convex anvil can make the mechanical properties of workpiece better by comparing various mechanical properties of shafts after drawing by the new type of convex anvil and forging by WHF method．

Key words:large shaft forging; convex anvil; mechanical properties

基金項目:太原科技大學博士科研啟動項目( 20122057) ;山西省科技攻關項目( 20130321010-04)。

作者簡介:安紅萍( 1973—)，博士，副教授，主要研究方向是大型鍛造理論與新技術。

收稿日期:2014—05—22

文獻標志碼:B

中圖分類號:TG316