CN104066530A - 热镦锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够获得较高的形状精度的热镦锻造方法。一种热镦锻造方法，将在将底面的直径设为d、高度设为h时满足h/d超过3的被加工件(1)插入到设于模具(2)且以高度(H)贯穿该模具(2)的插入孔内，在缩短所述被加工件(1)的高度的同时使直径扩大而获得锻件，该模具(2)设置于铁砧(4)上，其特征在于，使用满足以下(1)～(3)的关系的模具：(1)插入孔的形状与被加工件的横截面形状为大致相似的形状；(2)被加工件(1)的高度(h)≤模具(2)的高度(H)；(3)被加工件(1)的最大直径(dl)与插入孔的处于被加工件(1)的高度范围内的部分的最大内径(D)满足dl＜D≤dl×1.5。

Description

热镦锻造方法

技术领域

本发明涉及一种热镦锻造方法。

背景技术

在蒸汽轮机的构件、飞机的构件等中多使用锻造品。近年来，这些产品逐渐变得大型化。作为应用于这些产品的锻造品，需要施加较高的塑性变形量，为此需要对较长的坯料进行镦锻。例如，日本特开平7-171650号公报(参照专利文献1)所公开的热镦锻造方法通过针对轴长(在镦锻中相当于高度)/底面的直径超过3这样的、通常会担心纵向弯曲的较长的坯料局部使用规定的模具来解决了该问题。

具体而言，公开了一种热镦锻造方法，其特征在于，

(1)利用模具阻止轴状坯料的轴向的一部分朝径向外侧方向变形，以使自由变形部分的轴长/直径之比成为3以下。

(2)在所述(1)的状态下开始锻造，使除阻止坯料变形的部分以外的自由变形部分朝径向外侧方向呈鼓出状塑性变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-171650号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述专利文献1所示的方法中，使用高度比被加工件的高度低的模具将模具的高度以上的范围作为自由变形部分进行锻造，对于担心纵向弯曲的坯料是有效的。另一方面，在热镦锻造中，要求使锻造时的形状精度更高。

鉴于上述要求，本发明的目的在于提供一种能够获得较高的形状精度的热镦锻造方法。

用于解决问题的方案

本发明提供一种热镦锻造方法，将被加工件插入到设于模具且以高度H贯穿模具的插入孔内，在缩短所述被加工件的高度的同时使直径扩大而获得锻件，该被加工件在将底面的直径设为d、高度设为h时，h/d超过3，该模具设置于铁砧，其中，

使用满足以下(1)～(3)的关系的模具：

(1)插入孔的形状与被加工件的横截面形状为大致相似的形状；

(2)被加工件的高度h≤模具的高度H；

(3)被加工件的最大直径dl与插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D满足dl＜D≤dl×1.5。

另外，本发明提供一种热镦锻造方法，其中，在将通过上述热镦锻造方法获得的锻件作为新的被加工件来获得在将底面直径设为df、高度设为hf时满足hf/df≤3的最终锻件时，更换为满足所述(1)～(3)的其他模具而进一步进行n次热镦锻造，其中，n为1以上的整数。

在本发明中，优选的是使用在设于所述模具的插入孔形成有相对于锥形部的轴线的角度为3°以下的锥形部，且该锥形部在高度方向上扩径的模具。

而且，在热镦锻造方法中，更优选的是，在所述被加工件底面的端部形成有5mm～30mm的倒角部。

发明的效果

根据本发明的热镦锻造方法，能够利用设于模具的规定的插入孔来防止被加工件的全长的异常变形，因此能够获得较高的形状精度。

附图说明

图1是表示将被加工件插入到模具内时的一例的示意图。

图2是表示将被加工件插入到模具内时的另一例的示意图。

图3是表示将被加工件插入到模具内时的另一例的示意图。

图4是表示将被加工件插入到模具内时的另一例的示意图。

图5是表示将半加工件插入到模具内时的一例的示意图。

图6是表示最终坯料形状的一例的示意图。

图7是表示被加工件的倒角部的一例的示意图。

具体实施方式

本发明是针对在将底面的直径设为d、高度设为h时满足h/d超过3的被加工件，利用特定的模具对被加工件的全长进行热镦锻造的技术。

以下，使用附图对本发明进行说明。

在本发明中，在图1至图4中例示了将被加工件插入到设于模具的插入孔内的状态。

在各个附图中，将上述被加工件1插入到设于模具2且以高度H贯穿该模具2的插入孔内，该模具2设置于在铁砧4。在各图中，被加工件1被进行了如下热镦锻造：在被预先加热到热加工温度区域之后插入到插入孔内，利用未图示的上铁砧在缩短高度h的同时使直径扩大。

另外，上铁砧的与被加工件相接触的接触面形成得大于被加工件的上表面面积且小于模具的插入孔径，以能够进行镦锻。

在本发明中，对最重要的、模具与被加工件之间的关系进行说明。本发明中所使用的模具具有3个特征。

(1)插入孔的形状与被加工件的横截面形状为大致相似的形状

将设于本发明中所使用的模具的插入孔的形状设为与被加工件的横截面形状大致相似的形状，即与被加工件的横截面形状相类似的形状。通过设为大致相似的形状，从而在伴随着由热镦锻造引起的被加工件的横截面形状的扩张而导致被加工件接触到模具的插入孔时，能够调整为与热镦锻造前的形状大致相似形状的形状。

另外，本发明中所说的被加工件的横截面形状例如是指图1中所示的A-A’方向的截面形状，如果被加工件例如为圆柱，则插入孔的形状也准备形成为圆形的孔的形状。而且，如果被加工件的形状例如为四棱柱，则插入孔的形状只要为形成有与该形状相应的四边形的孔的形状即可。此时，所形成的插入孔的角也可以形成为圆角。

另外，例如，如果是具有五边形以上的多边形形状的棱柱，则插入孔的形状也可以为圆形的孔。大致而言，例如，只要四棱柱的被加工件使用形成有四边形的孔的模具，而除此之外的形状使用形成有圆形的孔的模具即可。如此，能够将与被加工件的形状类似的形状视为大致相似的形状。

(2)被加工件的高度h≤模具的高度H

在本发明中，通过将被加工件1的高度h设为模具2的高度H以下，能够在插入孔内镦锻被加工件。由此，能够抑制被压缩的被加工件在插入孔内的受限的空间内变形，因此热镦锻造后的形状控制变容易。而且，如果被锻件的形状、重量相同，则热镦锻造后的锻件的形状的再现性较好，能够获得大致相同的形状。

(3)被加工件的最大直径dl与插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D满足dl＜D≤dl×1.5

在本发明中，通过设为dl＜D≤dl×1.5的关系，从而防止了被加工件1在插入孔内纵向弯曲。为了更可靠地防止纵向弯曲，优选dl＜D≤dl×1.3，更优选dl＜D≤dl×1.1。

而且，被加工件配置在设于模具的插入孔的中央较好。这是因为，如果被加工件的设置位置处于在插入孔内从中央偏离较大的位置，则形状精度有时会变差。

另外，在本发明中，将被加工件的最大直径dl与插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D作为指定尺寸的基准。其理由在于，被加工件的最大直径dl能够作为确定模具的插入孔的大小的典型的基准进行使用，插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的内径能够通过在应抑制被加工件的纵向弯曲的范围内将其最大内径限定在规定值以下来抑制纵向弯曲。

接着，对例示的图1至图4进行说明。

图1是作为被加工件应用了从与铁砧4相接触的最下表面到最上表面都是相同的直径的被加工件的例子。作为这样的被加工件典型地有如下被加工件：将使用了水冷式模具的真空电弧重熔铸块、电渣重熔铸块进行车削后的被加工件，锻造拉伸为圆柱状的被加工件、根据需要进行车削而成的被加工件等。另外，在图1中，在模具2的插入孔形成有锥形部，且该锥形部在高度方向上扩径。该锥形部的形成在易于从模具中拔出热镦锻造后的锻件这一方面是有效的。另外，图1中的被加工件的直径d成为被加工件的最大直径dl，插入孔的与被加工件的最上部对应的位置的直径成为插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D。

图2是作为被加工件应用了直径从与铁砧4相接触的最下表面朝向最上表面变小的、所谓锥形状的被加工件的例子，模具2的插入孔形状与图1相同。另外，图2中的被加工件的最下表面的位置的直径成为被加工件的最大直径dl，插入孔的与被加工件的最上部对应的位置的直径成为插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D。

图3是作为被加工件应用了与图1相同的被加工件，且将模具的插入孔形成为直筒形状即从最下表面到最上表面都是相同的直径的例子。如果不考虑被锻件的拔出容易度，则能够获得最近似于圆柱形状的锻件。另外，图3中的被加工件的直径d成为被加工件的最大直径dl，模具的插入孔径成为插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D。

图4是作为被加工件应用了与图1相同的被加工件，且将模具的插入孔形成为从最下表面至规定位置设置扩径的锥形部，且该锥形部的上部为直筒即相同直径的例子。若在整个区域设置锥形部，则模具的插入孔的直径变得过大，上述图4的插入孔的形状在该情况下是有效的。另外，图4中的被加工件的直径d成为被加工件的最大直径dl，直筒部的插入孔径成为插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D。

通过将上述热镦锻造获得的锻件作为新的被加工件，能够获得在将底面直径设为df、高度设为hf时满足hf/df≤3的最终锻件。此时，更换为满足所述(1)～(3)的其他模具并进一步进行n次(n为1以上的整数)热镦锻造即可。

通过热镦锻造获得的锻件由于与加工前相比，形状、尺寸不同，因此要更换模具来进行热镦锻造，直到满足hf/df≤3。此时，在由于被加工件的温度降低而导致热锻的加工性存在问题的情况下，进行再加热即可。

在进行该第2次以后的热镦锻造时，尤其应该留意的方面是，用于指定被加工件的最大直径dlm的位置。例如，若在图1所示的状态下进行热镦锻造，则成为大致沿着模具2的形状的上部扩径的半加工件5。因此，能够使用图5所示的形态的半加工件镦锻用模具6对该底面的直径dm、高度hm的半加工件5进一步进行锻造。

此时，被加工件1的最大直径dlm位于扩径部的位置，当将半加工件镦锻用模具6的最大内径设为Dm时，需要满足dlm＜Dm≤dlm×1.5的关系。另一方面，在图2中，与被加工件的最下部对应的位置的直径成为最大内径d。

通过进行1次以上的在本发明中规定的第2次以后的热镦锻造，能够在更可靠地抑制纵向弯曲的同时获得最终锻件。

而且，在本发明中，当如上所述地在模具的插入孔形成锥形时，期望的是相对于锥形部的轴线的角度为3°以下。这是因为，若锥形的相对于锥形部的轴线的角度超过3°，则插入孔内的变形量变大。

而且，在本发明中，例如，如图7(被加工件的截面示意图)所示，优选的是在被加工件1底面的端部8形成有5mm～30mm的倒角部9。另外，如图7所示，在本发明中形成倒角部9时的底面的直径d不包括倒角部9。而且，半加工件的底面的直径也不包括倒角部。

本发明中所说的距被加工件1底面的端部8有5mm～30mm是指，从端部8朝向被加工件的中心的5mm～30mm以及从端部8朝向高度方向的5mm～30mm的区域(图7中的向右下方的倾斜线)。而且，倒角部9既可以如图7所示被进行曲线倒角，也可以被进行直线倒角。倒角的方法利用车床、磨床等来进行即可。

另外，对于所述的倒角部的形成而言，优选的是，被加工件1底面的倒角部形成后的表面积不小于被加工件1底面的倒角前的表面积的1/2。如果过度进行倒角，则存在被加工件在铁砧上变得不稳定的危险。

而且，之所以在底面侧形成倒角部9是因为，由于被加工件1的底面与铁砧4接触，因此担心被加工件1的温度降低。尤其是对于端部8而言，由于被加工件的温度易于降低，因此在未形成倒角部9时，在热镦锻造中存在从被加工件的端部8产生裂纹的危险，需要对其进行防止。若倒角部小于5mm，则所述倒角的效果欠佳，而且，即使进行超过30mm的倒角，也只会使成品率变差。该倒角部9的形成更优选的是也形成于被加工件的上表面。另外，作为形成倒角部的材质，尤其是优选Alloy718等Ni基超耐热合金、Ti合金。

接着，对本发明中所使用的模具的成分的一例进行说明。

本发明中所使用的用于热镦锻造的模具优选同时具有强度与韧性的材质，能够使用以下成分的合金钢。

另外，成分用质量％进行表示。

C：0.3％～0.6％

C具有如下作用：在淬火加热时固溶于基底而付与所需的淬火硬度，而且在回火时形成并析出碳化物，付与回火中的耐软化性与耐高温强度，而且形成残存碳化物而付与高温中的耐磨损性，防止淬火加热时的晶粒粗大化。因此，优选0.3％～0.6％。

Si：1.2％以下

Si被作为熔化时的脱氧剂进行添加。但是，若添加量较多，则韧性降低。因此，优选1.2％以下。

Mn：1.0％以下

Mn被作为熔化时的脱氧剂及脱硫剂进行添加。但是，若添加量较多，则韧性降低。因此，优选1.0％以下。

Ni：2.0％以下

Ni用于提高淬透性，改善韧性。但是，若含量较多，则使相变点降低而使耐高温强度降低。因此，Ni优选2.0％以下。

Cr：1.0％～5.5％

Cr用于提高淬透性，改善韧性。但是，若含量过多时，则反而韧性降低。因此，优选1.0％～5.5％。

Mo：0.2％～1.6％

Mo用于提高淬透性。而且，通过回火形成细微的碳化物，使高温抗拉强度增大。因此，优选0.2％～1.6％的范围。

V：0.1％～1.1％

V用于使晶粒变细，提高韧性。而且，通过回火形成高硬度的碳氮化物，增大抗拉强度。但是，若含量较多，则使韧性降低。因此，优选0.1％～1.1％。

以上，除说明以外的剩余部分优选为Fe和杂质。

实施例

(实施例1)

通过从四个方向对相当于Alloy718的合金进行热锻来制作被加工件的坯料。将被加工件的坯料切削而获得直径(d)100mm、高度(h)420mm的圆柱状的热镦锻用的被加工件1。倒角部9设为半径20mm的曲面，并形成于被加工件1的上表面和底面。

作为对被加工件1进行镦锻的模具，使用了如图1所示的热镦锻造用的模具2，该热镦锻造用的模具2形成有形状为圆形的插入孔，并在插入孔形成有锥形部3，且插入孔的高度(H)为440mm。锥形部3的角度设为1°，形成于模具2的圆形的插入孔的最大内径(D)为110mm。而且，模具2的成分如表1所示。另外，被加工件的横截面形状(图1中A-A’)为圆形。

[表1]

(mass％)

C	Si	Mn	V	Cr	Ni	Mo	剩余部分
								0.5	0.3	0.9	0.2	1.3	1.8	0.4	Fe和杂质

使用上述被加工件1与模具2实施热镦锻造。被加工件1的加热温度设为1000℃。而且，在本实施例中所示的进行了镦锻的锻造用坯料将作为最终形状为圆盘状的汽轮机的压缩机用坯料。

用于获得锻件(半加工件5)的镦锻是将被加工件1插入到在铁砧4上设置的模具2的插入孔内，并从被加工件的高度方向进行第1次镦锻。所获得的半加工件5的底面的直径(dm)为100mm，最大直径(dlm)为110mm，高度(hm)为347mm。

此时，由于锻件的高度/直径超过了3，因此将所获得的锻件半加工件5作为新的被加工件，重新加热至1000℃，再次进行第2次热镦锻造。在此时所使用的半加工件镦锻模具6上形成有形状为圆形的插入孔，在插入孔上形成有如图5所示的角度为2°的锥形，插入孔的高度(Hm)为400mm，插入孔的最大内径(Dm)为120mm。

使用了半加工件5的第2次热镦锻造后的锻造用坯料7如图6所示，底面的直径(df)为114mm，高度(hf)为291mm，满足了hf/df为3以下的条件。

在使用了被加工件1的第1次镦锻和使用了半加工件5的第2次镦锻中的任意镦锻中，都未产生纵向弯曲，在所获得的锻造用坯料7上也未发现锻造缺陷。

使用上述锻造用坯料7进行模锻，制作了汽轮机的压缩机用坯料，由于锻造用坯料7的形状为尺寸精度良好的一定形状，因此能够成形再现性较好，且尺寸精度较高的形状。而且，模锻时的锻造缺陷也较少，能够高效地进行成形加工。

(实施例2)

利用与实施例1相同的方法对被加工件的坯料进行磨削，获得圆柱状的热镦锻用的被加工件1’，该被加工件1’的直径(d)为90mm，小于实施例1的直径，高度(h)为420mm，与实施例1的高度相同。倒角部9设为半径15mm的曲面，并形成于被加工件1的上表面和底面。

使用与实施例1相同的方法和与实施例1相同的模具2对所获得的被加工件1’进行第1次镦锻。但是，由于被加工件1’的最大直径(dl)小于所述的实施例1，因此在向设于模具2的插入孔的中央的配置中大致准确地进行了配置。所获得的半加工件5’的底面直径(dm)为90mm，最大直径(dlm)为105mm，高度(hm)为320mm。

接着，使用与实施例1相同的方法和与实施例1相同的半加工件镦锻用模具6对半加工件5’进行第2次镦锻。所获得的锻造用坯料7’的底面的直径(df)为115mm，高度(hf)为270mm，满足了hf/df为3以下的条件。

在使用了被加工件1’的第1次镦锻和使用了半加工件5’的第2次镦锻中的任意镦锻中，都未产生纵向弯曲，在所获得的锻造用坯料7’上也未发现锻造缺陷。

(比较例)

利用与实施例1相同的方法对被加工件的坯料进行磨削，获得圆柱状的热镦锻用的被加工件1”，该被加工件1”的直径(d)为70mm，比实施例2的直径还小，高度(h)为420mm，与实施例1和实施例2的高度相同。倒角部9设为半径5mm的曲面，并形成于被加工件1的上表面和底面。在该比较例中，未满足D≤dl×1.5的关系。

在使用与实施例1相同的方法和与实施例1相同的模具2对所获得的被加工件1”进行了第1次镦锻时，由于被加工件1”产生了纵向弯曲，因此第2次以后的镦锻中止。

附图标记说明

1、1’、1”被加工件；2模具；3模具的锥形部；4铁砧；5、5’半加工件；6半加工件镦锻用模具；7、7’锻造用坯料；8端部；9倒角部；H模具的高度；D插入孔的最大内径；h被加工件的高度；d被加工件的底面的直径。

Claims (4)

1.一种热镦锻造方法，将被加工件插入到设于模具且以高度H贯穿模具的插入孔内，在缩短所述被加工件的高度的同时使直径扩大而获得锻件，该被加工件在将底面的直径设为d、高度设为h时，h/d超过3，该模具设置于铁砧，其特征在于，

使用满足以下(1)～(3)的关系的模具：

(1)插入孔的形状与被加工件的横截面形状为大致相似的形状；

(2)被加工件的高度h≤模具的高度H；

(3)被加工件的最大直径dl与插入孔的处于被加工件的高度范围内的部分的最大内径D满足dl＜D≤dl×1.5。

2.根据权利要求1所述的热镦锻造方法，其特征在于，

在将通过权利要求1获得的锻件作为新的被加工件来获得在将底面直径设为df、高度设为hf时满足hf/df≤3的最终锻件时，更换为满足所述(1)～(3)的其他模具而进一步进行n次热镦锻造，其中，n为1以上的整数。

3.根据权利要求1或2所述的热镦锻造方法，其特征在于，

在设于所述模具的插入孔形成有相对于锥形部的轴线的角度为3°以下的锥形部，且该锥形部在高度方向上扩径。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热镦锻造方法，其特征在于，

在所述被加工件底面的端部形成有5mm～30mm的倒角部。