CN101695737B - 角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺,属于锻造设备及其应用技术领域。该角度型砧的左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°。采用角度型砧对转子类等大型轴类锻件进行锻造，可以省去第一次镦粗工艺，拔长工艺先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧。运用这种角度型砧组合的锻造工艺，不仅可以缩短工艺流程、提高锻件组织性能、实现小锻比锻造，而且可以有效控制锻造过程中内部缺陷的发展和变化，消除已有缺陷，防止新缺陷的产生。
Description
技术领域
本发明属于锻造设备及其应用技术领域，特别涉及一种角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺。
背景技术
随着安全性和使用性能的不断提高，大型锻件的尺寸和重量在不断增加。如我国确定引进的美国第三代核电技术AP1000，其中百万千瓦级核电常规岛低压转子锻件截面直径超过2米，需使用钢锭重量超过500吨；大型饼类件直径已达到5200mm，高径比小于0.1。钢锭凝固过程中，中心区不可避免的存在着缩孔和密集性疏松等缺陷。随着钢锭吨位和截面积的增加，与金属结晶过程有关的缺陷，如非金属夹杂、偏析、疏松组织、缩孔等越明显。
对大锻件来说，锻造的任务主要有两个：一是成形，就是将钢锭经济的锻造到接近零件形状，满足产品尺寸和形状要求；二是改善锻件内部质量，即破坏铸态组织，细化晶粒、均匀组织、锻合缩孔、气孔和疏松等缺陷，使整个锻件形成完整、致密、均匀的组织结构。尤其是对于转子锻件，其技术要求高，为了满足机械性能指标及无损探伤要求，必须压实、焊合缩孔、疏松等缺陷。所以提高大型锻件锻造质量除了应配备足够能力的锻压设备外，关键是应采用特别有效的锻造压实方法。国内外大锻件生产厂家不断研究开发了一些新的锻造方法。如FM锻造法(不对称平砧锻造法)、WHF锻造法(宽砧大压下量锻造法)、FML锻造法(低锻压力锻造法)、JTS锻造法(中心压实锻造法)、TER锻造法、SUF锻造法和AVO锻造法以及各种镦粗方法等，并已成功应用于生产。
对于大型锻件来说，尺寸和吨位的巨大，在锻造时必须重点考虑锻件心部得到充分压实；除此之外，还要尽可能的让变形均匀分布，以减少砧下刚性区域，提高组织均匀性，否则在小变形区域容易出现晶粒粗大和混晶，尤其对于30Cr2Ni4MoV等本质粗晶粒钢，将直接影响热处理过程及产品品质。
经过检索现有技术发现，刘助柏等人提出了“水平V型锥面砧锻造新工艺”的发明专利(中国专利，申请号97101491.4)，用于改变流向和促使变形体内变形均匀，实现轴类锻件的等向锻造和小锻比锻造。但该方法的型砧加工较为困难，应用该锻造方法时，金属流向不好控制，并且没有考虑增强大型锻件的压实效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于改变金属流向、改善大型锻件变形效果的角度型砧，其工作面由4个面组成，分别为上表面、左侧面、右侧面和下表面，其特征在于，所述左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°，此侧向角度使锻件与角度型砧接触位置的金属易于流动，减缓砧角产生的变形梯度分布，从而避免裂纹产生；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°，当0°≤α≤10°时角度型砧为凸型角度型砧，当-10°≤α≤0°时角度型砧为凹型角度型砧。
所述上表面为平面。
所述角度型砧为柱状体，各位置横切面相同。
本发明还提供了一种使用所述角度型砧的锻造工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α≤ 0°的凹型角度砧，压下率为14％～20％；
(2)对锻件进行镦粗处理；
(3)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α≤0°的凹型角度砧，压率为14～20％；
(4)对锻件进行镦粗处理；
(5)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用0°≤α≤10°的凸型角度砧，压下率14％～20％，保证变形均匀，减少混晶发生，提高锻件晶粒均匀程度。
所述角度型砧可同普通平砧、普通V型砧、大平台分别组合后进行锻造。
本发明的有益效果为：
(1)采用凸型角度型砧进行大型锻件的拔长时，提高了心部以上区域的变形和砧下金属变形的均匀性，砧下刚性区的形状和范围发生了明显的变化，从而使难变形区的不均匀变形程度减小，同时，锻件心部的变形程度有所减小，牺牲了一定的心部压实效果，提高了锻件整体变形的均匀性；由于压下量沿轴线方向逐渐增加并结合β角的作用，减缓了变形区和刚端交界面的变形梯度分布，从而避免裂纹产生。
(2)采用凹型角度型砧进行大型锻件的拔长时，砧下刚性区和难变形区扩大并向心部移动，从而阻碍心部金属的流动，使得变形区域向心部压实方向移动，产生较大的三向压应力应力条件，有利于心部压实，实现小锻比锻造。
(3)采用角度型砧对转子类等大型轴类锻件进行锻造，可以在第一次拔长时采用凹型角度砧进行锻造，由于其增加心部压实效果结合钢锭质量的提高，可以省去第一次镦粗工艺，从而节省能源降低消耗。
(4)拔长工艺先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧。运用这种角度型砧组合的锻造工艺，不仅可以缩短工艺流程、提高锻件组织性能、实现小锻比锻造，而且可以有效控制锻造过程中内部缺陷的发展和变化，消除已有缺陷，防止新缺陷的产生。
附图说明
图1为角度型砧横切面示意图；
图2为本发明具体实施方式中使用的凹形角度型砧横切面示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为角度型砧横切面示意图。所述角度型砧为柱状体，各位置横切面相同。其工作面由4个面组成，分别为上表面、左侧面、右侧面和下表面：所述上表面为平面；所述左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°，此侧向角度使锻件与角度型砧接触位置的金属易于流动，减缓砧角产生的变形梯度分布，从而避免裂纹产生；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°。本发明还提供了一种使用该角度型砧进行锻造的工艺，在此举例说明。针对某1000MW核电汽轮机低压转子锻件，锻件成品最大直径为2900mm，钢锭重量500t。采用角度型砧锻造工艺进行锻造，锻造主要工艺如下：压钳口、切割水口后；进行第一次主拔长工艺，采用凹型角度型砧和FM法进行拔长，α为-6°，β为6°，各趟拔长采用满砧进砧方式，第一趟次拔长压下量为压前直径的17％，第一趟次完成后翻转180°错半砧进行第二趟次拔长，第二趟次完成后翻转90°进行第三趟次拔长，第三趟次完成后翻转180°错半砧进行第四趟次拔长，二至四趟次压下率都为压前高度的17％；倒棱，滚圆，压钳口；镦粗，镦比为2；进行第二次主拔长工艺，采用的凹型角度砧及锻造工艺同第一次主拔长工艺；倒棱，滚圆；镦粗，镦比为2；进行第三次主拔长工艺，采用凸型角度砧进行拔长，α为6°，β为6°，采用锻造工艺同第一次主拔长工艺，各趟次压下率都为压前高度的15％，控制锻造温度；倒棱，滚圆，锻出成品。工艺流程短、锻件性能高。
Claims (5)
1.角度型砧，其工作面由4个面组成，分别为上表面、左侧面、右侧面和下表面，其特征在于，所述左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°＜β≤12°，此侧向角度使锻件与角度型砧接触位置的金属易于流动，减缓砧角产生的变形梯度分布，从而避免裂纹产生；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α＜0或0＜α≤10°。
2.根据权利要求1所述的角度型砧，其特征在于，所述上表面为平面。
3.根据权利要求1所述的角度型砧，其特征在于，所述角度型砧为柱状体，各位置横切面相同。
4.一种使用如权利要求1所述的角度型砧的锻造工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α＜0的凹型角度砧，压下率为14％～20％；
(2)对锻件进行镦粗处理；
(3)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α＜0的凹型角度砧，压下率为14～20％；
(4)对锻件进行镦粗处理；
(5)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用0＜α≤10°的凸型角度砧，压下率14％～20％，保证变形均匀，减少混晶发生，提高锻件晶粒均匀程度。
5.根据权利要求4所述的使用角度型砧的锻造工艺，其特征在于，所述角度型砧同普通平砧、普通V型砧、大平台分别组合后进行锻造。
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