專利名稱：大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱加工行業(yè)，具體是關(guān)于一種大型鍛件的質(zhì)量控制方法。
背景技術(shù)：
大型鍛件內(nèi)部缺陷的成因一是鋼錠本身帶來；大型鍛件的生產(chǎn)過程包括冶煉、 注錠、凝固、鍛造和熱處理等工藝。由于冶金和凝固特性決定了鋼錠中不可避免地存在孔隙、夾雜、偏析組織等缺陷，并且鋼錠越大缺陷越嚴(yán)重。二是鍛造時(shí)鍛造參數(shù)控制不當(dāng)引發(fā)過大的拉應(yīng)力促使鋼錠原有的缺陷擴(kuò)大，或在鋼錠基體結(jié)合較薄弱處造成新的裂紋性缺陷。大型鍛件內(nèi)部缺陷的實(shí)質(zhì)是材料成分與結(jié)構(gòu)的宏觀不均質(zhì)表現(xiàn)。有關(guān)這方面研究的文獻(xiàn)不少，多是從熱力學(xué)觀點(diǎn)采用物理摸擬(制造人工缺陷)的方法，從理論上來解釋裂紋(缺陷)修復(fù)的機(jī)理和必須具備的熱力學(xué)條件、變形條件。但都沒有給出一個(gè)具有普遍指導(dǎo)意義的通用方法，也尚未見有控制大鍛件內(nèi)部缺陷的專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提供一種大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法，該方法應(yīng)具有控制缺陷效果好、鍛件質(zhì)量穩(wěn)定以及操作簡單易行的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法，按照以下步驟進(jìn)行I)第一次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫10 17h，然后出爐進(jìn)行初次鍛造， 同時(shí)在坯料上壓制鉗把，并去除底部；2)第二次把坯料加熱到1295 1320°C進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，保溫25 31h后出爐， 按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第二次鍛造；3)根據(jù)工藝要求把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件；或者，第三次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫5 7h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第三次鍛造，然后根據(jù)工藝要求把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件。第二次鍛造和第三次鍛造中，所述壓下量雙面19 21% ;所述送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方
式按照砧寬比.料寬比77 n Qr- t 進(jìn)行控制；
H ^o. 4、 H —0. 85 I. 18其中壓下量為坯料在每個(gè)鍛壓過程中高度減小量與變形前高度之比；W為水壓機(jī)上砧的寬度；H為坯料變形前的高度；B為與水壓機(jī)上砧接觸的坯料寬度；H為坯料變形前的高度。本發(fā)明的工作原理是由于高溫?cái)U(kuò)散采用比通常熱擴(kuò)散溫度更高的溫度(1300°C 左右)和更長的時(shí)間(原熱擴(kuò)散時(shí)間一倍以上)，創(chuàng)造了良好的熱力學(xué)條件，在擴(kuò)散力(濃度梯度)作用下，金屬原子定向、宏觀的遷移，促使鋼錠內(nèi)部缺陷進(jìn)行自我修復(fù)?？紤]到鋼錠組織比較巰松，相應(yīng)原子間的擴(kuò)散距離較長，所以高溫?cái)U(kuò)散是在給予鋼錠以適當(dāng)?shù)腻懺?(第一次鍛造)后進(jìn)行，以改善鋼錠組織的巰松現(xiàn)象，縮短鋼錠組織原子間的距離，使高溫?cái)U(kuò)散的效果更為突出。此外，由于在鍛造過程中控制了壓下量、砧寬比和料寬比，變形體內(nèi)不會產(chǎn)生拉應(yīng)力，進(jìn)而消除了產(chǎn)生新缺陷的可能。本發(fā)明的有益效果是所提供的方法，有效地控制了鍛件的內(nèi)部缺陷(鍛件內(nèi)部的密集形缺陷控制在φ I. 6以下)；而且控制方法簡單，易于工序設(shè)計(jì)，適合普通操作員工使用。


圖I是坯料在水壓機(jī)上下砧之間的鍛造過程示意圖。
具體實(shí)施例方式熱力學(xué)的一個(gè)基本原理是任何成分與結(jié)構(gòu)不均勻(包括缺陷)的材料，在一定的熱力學(xué)條件下，都將趨于均勻化。其本質(zhì)是在擴(kuò)散力(濃度梯度)作用下，金屬原子定向、 宏觀的遷移。對于大型鍛件內(nèi)部一定數(shù)量級的缺陷，采用熱擴(kuò)散方法來縮小乃至消除是有效的和經(jīng)濟(jì)的。由于大鍛件內(nèi)部缺陷是鋼錠本身帶來和因鍛造控制不當(dāng)造成，那么是否可在鋼錠加熱階段就給以充分的熱力學(xué)條件，再配合鍛造過程參數(shù)的控制來達(dá)到事先控制大鍛件內(nèi)部缺陷的目的，而不是等到產(chǎn)生超標(biāo)缺陷后再進(jìn)行補(bǔ)救。這就是發(fā)明人的思路。參見圖I :鍛造過程的壓下量(雙面19 21% )，是指坯料2在每個(gè)鍛壓過程中高度減小量與變形前高度之比為19 21%，每個(gè)鍛壓過程是指坯料經(jīng)過逐步送進(jìn)、多次鍛壓后使正、反兩面全部經(jīng)過鍛壓的過程(具體鍛壓時(shí)，先經(jīng)過逐步送進(jìn)、多次鍛壓后使坯料正面全部經(jīng)過鍛壓，然后翻轉(zhuǎn)180度再經(jīng)過逐步送進(jìn)、多次鍛壓后使坯料反面全部經(jīng)過鍛壓)。所述送進(jìn)量是指每次鍛壓前，坯料水平移動進(jìn)入水壓機(jī)上砧I與下砧3之間的前進(jìn)距離(坯料前進(jìn)方向如圖I中箭頭S所示)；所述翻轉(zhuǎn)方式是指操作機(jī)抓住坯料的鉗把，使坯料翻轉(zhuǎn)的角度；通常為90度或 180度，根據(jù)工藝要求確定。本發(fā)明的送進(jìn)量、翻轉(zhuǎn)方式按照砧寬比I^料寬比I Λ1 w進(jìn)行
Η ^ . 4、 η —O. 85 I. 18控制。W為水壓機(jī)上砧的寬度；H為坯料變形前的高度；B為與水壓機(jī)上砧接觸的坯料寬度；H為坯料變形前的高度。本發(fā)明提供的控制方法，坯料需要在加熱爐中經(jīng)過兩個(gè)或三個(gè)火次的加熱；具體按照以下步驟進(jìn)行I)第一次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫10 17h，然后出爐進(jìn)行初次鍛造； 目的是改善鋼錠組織的巰松現(xiàn)象，縮短原子間的距離，為高溫?cái)U(kuò)散處理做好前期準(zhǔn)備；同時(shí)在坯料上壓制鉗把(鉗把坯料鍛造時(shí)便于操作機(jī)抓夾的端部)、倒棱(鍛壓坯料的各個(gè)銳角，使坯料外輪廓趨向于圓形)、切底部(鋼錠底部雜質(zhì)沉淀較多，需要切除棄用)2)第二次把坯料加熱到1295 1320°C進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，保溫25 31h后出爐， 接著按照工藝規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行再次鍛造(鐓粗、拔長)。這樣，一方面利用高溫?cái)U(kuò)散技術(shù)對原有的組織缺陷進(jìn)行修復(fù)，另一方面通過鍛造來改善坯料的內(nèi)部組織性能和品質(zhì)；同時(shí)控制鍛造參數(shù)，確保不會產(chǎn)生新的拉應(yīng)力，預(yù)防產(chǎn)生新的缺陷；3)對一些截面尺寸較小的鍛件(如實(shí)施例2)，高溫?cái)U(kuò)散后經(jīng)一次鐓粗、拔長即能達(dá)到壓實(shí)并消除鋼錠內(nèi)部的缺陷的效果；接著，就可以直接鍛造成型。而對某些截面尺寸較大的鍛件(如實(shí)施例I)，則需要增加高溫加熱的火次(例如第三次加熱，甚至第四次加熱)，以確保鋼錠內(nèi)部的缺陷的修復(fù)和消除；即第三次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫5 7h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第三次鍛造(再一次鐓粗、拔長)，以進(jìn)一步改善坯料的內(nèi)部組織性能和品質(zhì)；然后按照產(chǎn)品的形狀要求鍛造成形為產(chǎn)品鍛件；鍛造時(shí)均需控制鍛造參數(shù)，預(yù)防產(chǎn)生新的缺陷。實(shí)施例I :高中壓汽輪機(jī)主軸鍛造鍛件重量18. 145噸，材質(zhì)是30CrlMolV ;鍛造該主軸需要3火次，選用27噸重的鋼錠還料。第一火坯料加熱到1280°C (爐溫)，保溫16h后出爐鍛造；同時(shí)壓制鉗把、倒棱、 切底部，約去除1350kg。第二火坯料加熱到1300°C (爐溫)高溫?cái)U(kuò)散(保溫)30h后出爐鍛造第一道工序鐓粗到直徑①1800mm ；第二道工序把把坯料拔成1680mmX 1400mm(截面尺寸)扁方；第三道工序按規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式進(jìn)行鍛造；所述壓下量雙面
19 21% ;所述送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式按照砧寬比j料寬比I nw進(jìn)行控
H ^0. 4、—0. 85 I. 18
制(水壓機(jī)上平砧寬850mm、下平臺尺寸是2300mmX 2300mm)。將1680mmX 1400mm坯料拔長到截面尺寸是1140_X 1140mm的方還、再滾拔成O 1160_的圓料。第三火坯料加熱到1280°C (爐溫)，保溫6h后出爐鍛造第一道工序用鐓粗平板將O 1160mm的圓料鐓粗到直徑O 1800mm ；第二道工序拔成1680mmX 1400mm(截面尺寸)扁方；第三道工序按規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式進(jìn)行鍛造；所述壓下量雙面
19 21% ;所述送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式按照砧寬比j料寬比I nw進(jìn)行控
H ^0. 4、—0. 85 I. 18
制(水壓機(jī)上平砧寬850mm、下平臺尺寸是2300mmX 2300mm)。將1680mmX 1400mm坯料拔長到截面尺寸是1120mmX 1120mm的方還、再滾拔成①1130的圓料；第四道工序號印、壓槽，并進(jìn)行鍛造操作最終鍛造成主軸鍛件。(號印、壓槽為鍛造過程的常規(guī)工步；后續(xù)工步按照號印、壓槽形成的標(biāo)記，繼續(xù)對坯料進(jìn)行鍛造，使其形狀、結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求)實(shí)施例2 高壓風(fēng)機(jī)主軸鍛件重量14. 41噸，材質(zhì)是25CNiMoV ;所需鋼錠為20噸八角錠。該主軸需經(jīng)2火次鍛造。
第一火將20噸鋼錠坯料加熱到1280°C (爐溫>，保溫IOh后出爐鍛造；壓鉗把、 倒棱、切底部約1000kg。第二火將坯料倒棱成Φ 1030mm的坯料加熱到1310°C (爐溫)并保持25h (比常規(guī)熱擴(kuò)散溫度高100°C )進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散后出爐鍛造；第一工步將Φ 1030mm的還料繳粗到直徑Φ 1600mmX980mm ；第二工步將直徑Φ 1600mmX980mm的還料拔成截面1250mmX 1500mm的扁方；第三工步按前述壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式進(jìn)行鍛造(水壓機(jī)上平砧寬850mm， 下平臺尺寸是2300mmX 2300mm)將1250mmX 1500坯料拔長到截面尺寸是790mmX 790mm的方坯；第四工步將790_X790mm坯料倒角，然后拔長為對邊800_的八角并按工藝變形過程圖號印、壓槽；第五工步按號印、壓槽的尺寸對照鍛件圖將主軸鍛件最終鍛造成形。
權(quán)利要求
1.大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法，按照以下步驟進(jìn)行1)第一次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫10 17h，然后出爐進(jìn)行初次鍛造，同時(shí)在坯料上壓制鉗把，并去除底部；2)第二次把坯料加熱到1295 1320°C進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，保溫25 31h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第二次鍛造；3)根據(jù)工藝要求把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件；或者，第三次把坯料加熱到1275 1285°C，保溫5 7h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第三次鍛造，然后根據(jù)工藝要求把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法，其特征在于第二次鍛造和第三次鍛造中，所述壓下量雙面19 21%;所述送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式按照砧寬比& _ nH 多O. 4、料見比丑=Q. 85 L 18進(jìn)行控制；其中壓下量為坯料在每個(gè)鍛壓過程中高度減小量與變形前高度之比；W為水壓機(jī)上砧的寬度；H為坯料變形前的高度；B為與水壓機(jī)上砧接觸的坯料寬度；H為坯料變形前的高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種關(guān)于大型鍛件的質(zhì)量控制方法。目的是提供的方法應(yīng)具有控制缺陷效果好及鍛件質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。技術(shù)方案是大型鍛件內(nèi)部缺陷的控制方法，按以下步驟進(jìn)行1)第一次把坯料加熱到1275～1285℃，保溫10～17h，然后出爐進(jìn)行初次鍛造，同時(shí)在坯料上壓制鉗把，并去除底部；2)第二次把坯料加熱到1295～1320℃進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，保溫25～31h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第二次鍛造；3)根據(jù)工藝要求把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件；或者，第三次把坯料加熱到1275～1285℃，保溫5～7h后出爐，按照規(guī)定的壓下量、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)方式對坯料進(jìn)行第三次鍛造，然后把坯料鍛造成產(chǎn)品鍛件。
文檔編號B21J5/00GK102581186SQ201210034039
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者葉君芳, 徐永華, 許寅生 申請人:德謙杭重鍛造有限公司