CN105834346B - 一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锻造领域，具体地说就是一种使用小压力高效愈合大型钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，适用于将各种尺寸的钢锭直接拔长为轴类件的自由锻过程。该方法包括如下步骤：1)在压钳把、倒棱、切除多余冒口等工艺结束后，对钢锭进行预拔长；2)使用上下平砧对坯料进行两道次的单向大变形；3)在单向大变形后，将坯料回炉重新加热并保温；3)将坯料翻转90°，使用上下平砧进行拔长。本发明适用于将各种尺寸钢锭锻造为轴类件的自由锻过程，能够保证钢锭内部孔洞型缺陷的愈合，大大减少锻件因中心疏松未锻合而报废的可能。本发明提出的锻造方法所需压力较小，使用小压机即可锻造较大锻件，扩展了设备的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于锻造领域，具体地说就是一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，它适用于将各种尺寸的钢锭锻造为轴类件的自由锻过程。在压机压力较小，无法对大型钢锭镦粗，而只能直接拔长的情况下，使用本方法可以有效愈合钢锭内部的孔洞型缺陷。
背景技术
锻造是大部分金属材料加工过程中的重要工序，通过锻造可以改善锻件内部质量，即破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织，并可锻合金属在冶炼过程中产生的缩孔、气孔和疏松等缺陷，对提高锻件质量有着重要的意义。
钢锭在浇注以及随后的凝固过程中会产生缩孔、疏松、气孔等孔洞型缺陷。在金属液浇注到钢锭模以后，与钢锭模接触的金属液将首先凝固，而心部的金属由于热传导慢将最后凝固。钢锭心部区域将逐渐形成糊状区，而此时钢锭冒口顶部表面已经凝固，导致无法对心部进行补缩，最终在沿钢锭轴线的心部区域形成缩孔、疏松等缺陷，这些缺陷由于尺寸较大，必须使用有效的锻造工艺将其锻合，否则将造成整件报废的严重后果，导致重大的经济损失。
在通常的锻造过程中，要对钢锭进行多次镦粗、拔长，以有效愈合钢锭内部的孔洞型缺陷。而在压机压力较小时，无法对大型钢锭进行镦粗，只能直接进行拔长。这就导致其锻比较小，中心应变不足，难以有效愈合钢锭的中心疏松。而如果增大锻比，会导致锻件最终直径较小，限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，以解决小压力压机无法通过反复的镦粗拔长过程锻合钢锭内部孔洞型缺陷，尤其是轴线疏松的问题。采用本发明制定的锻造方法，能够保证钢锭内部孔洞型缺陷的愈合效果，大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导致报废的可能。使用本方法，用小压力压机即可生产合格的大型轴类锻件。
本发明的技术方案是：
本发明提出了一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，包括如下步骤：
1)在压钳把、倒棱、切除多余冒口等工艺结束后，使用平砧对钢锭进行预拔长。
2)使用平砧对坯料进行两道次的单向大变形；
3)在单向大变形后，将坯料回炉重新加热并保温；
4)将坯料翻转90°，使用上下平砧将坯料拔长至最终尺寸。
所述步骤1)中，使用平砧的砧宽应大于锻件最终直径尺寸。
所述步骤1)中，预拔长后，坯料横截面为正方形，正方形边长为锻件最终直径的1.5倍。
所述步骤2)中，使用平砧沿同一方向对坯料进行两道次的单向大变形，第一道次的压下量为25％，第二道次的压下量为15％。压下率计算公式为：
压下率＝ΔH/H
其中，ΔH为在下平砧不发生位移的情况下，锻造过程中上平砧压下的距离；H为坯料原始高度；坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向时，则H取直径尺寸。
所述步骤2)中，两道次的单向大变形后，钢锭呈扁方状。
所述步骤3)中，保温时间在2小时以上(一般为2～10小时)，以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。
所述步骤4)中，两道次的单向大变形后，将坯料翻转90°，使用WHF法或FM法进行拔长两个道次，每次压下率均为20％；在两个道次结束后，继续将坯料拔长至最终尺寸。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提出了一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，此方法与WHF法或FM法等常规拔长方法相比，能够大大增加坯料内部应变，从而有利于坯料内部孔洞型缺陷的愈合，大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检测导致报废的可能。
2、本发明提出了一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，此方法适用于将各种尺寸的钢锭锻造为轴类件的自由锻过程。在压机压力较小，无法对钢锭镦粗的情况下，可以使用本方法直接进行拔长。在仅使用拔长工艺的情况下即可保证锻件心部缺陷的愈合，所需压力较小，使用小压力压机即可锻造较大尺寸的轴类锻件，扩展了设备的适用范围。
3、本发明提出了一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，可以使用较小的压下率保证坯料内部孔洞型缺陷的愈合。与传统工艺相比，使用此方法可以在保证锻件质量的情况下获得直径更大的合格锻件，扩展了锻件的应用范围。
附图说明
图1-图4为锻造流程示意图，其中：
图1为钢锭形态示意图。
图2为预拔长过程示意图。
图3a和图3b为坯料两道次单向大变形过程示意图。其中，图3a为主视图，图3b为左视图。
图4a和图4b为坯料使用WHF法拔长至最终尺寸过程示意图。其中，图4a为主视图，图4b为左视图。
图中，1－钢锭；2－坯料；3－上平砧；4－下平砧。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
如图1-图4所示，本发明提出了一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，在系统研究了影响孔洞闭合的主要因素后，提出了包括预拔长、单向大变形等步骤的锻造方法，具体如下：
1)首先对钢锭1进行压钳把、倒棱、切除多余冒口等操作，为后续锻造过程做准备。锻造过程中使用的上平砧3和下平砧4的的砧宽应大于锻件最终直径尺寸D，以保证足够的砧宽比，使变形过程中产生的应变能够有效传导到锻件心部。
之后开始对钢锭的预拔长过程。如图2所示，将圆柱体形的钢锭1靠近钳把的一端放置在下平砧4上，使用上平砧3在对应位置压下，压下率为20％。之后，将上平砧3抬起，将坯料2向图2中所示左方移动，移动距离略小于上平砧3的宽度(移动距离为上平砧宽度的80％以上)，再次将上平砧3压下，压下率为20％。压下率计算公式为：
压下率＝ΔH/H
其中，ΔH为锻造过程中上平砧压下的距离(在下平砧不发生位移的情况下)，H为坯料原始高度，如果坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向，则取直径尺寸。
重复此过程直到压至坯料末端，此过程称为一个道次。在第一个道次完成后将坯料旋转90°，沿另一方向使用同样的方法进行第二道次的拔长。重复此拔长过程直至坯料直径为锻件最终直径D的1.5倍，此时预拔长过程结束。预拔长后，坯料呈长棒状，其横截面为正方形，此正方形边长为锻件最终直径D的1.5倍。
2)在预拔长结束后，对坯料进行两道次的单向大变形。如图3a和图3b所示，使用上平砧3和下平砧4对坯料2沿同一方向进行两个道次的拔长，两道次之间不进行坯料旋转，压下方向可以在两个拔长变形方向中任选其一。第一道次压下量为25％，第二道次的压下量为15％，变形结束后，坯料2呈扁方状，定义图3中竖直的面为A面。
3)在两道次的单向大变形结束后，将坯料2重新加热至材料常规锻造温度并保温，保温时间在2小时以上，以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。
4)使用WHF法或FM法等常规方法进行后续的拔长过程，将坯料2拔长至最终尺寸。在步骤2)中两道次的单向大变形结束后，坯料2呈扁方状。如图4a和图4b所示，使用WHF法对坯料2进行拔长。首先将坯料2翻转90°，使A面转到水平方向，沿此方向进行两个道次的拔长。在两个道次结束后，坯料2的横截面接近正方形，可使用常规拔长方法将坯料拔长至最终尺寸。
实施例
本实施例使用钢锭3支，每支重约8吨，材质为27SiMn，坯料锻前加热温度为1200℃。此钢种在凝固过程中枝晶非常发达，易在心部形成较大的缩孔疏松缺陷。使用压机为2000吨，且未配镦粗盘，无法对钢锭使用镦粗工艺，只能直接拔长。按照本发明提出的锻造方法，使用400mm宽的上下平砧锻造。首先进行预拔长，将钢锭横截面拔长至600mm方(即横截面为边长600mm的正方形)。之后进行两道次的单向大变形，第一道次压下量为150mm，第二道次压下量为90mm，将坯料压成扁方后将其回炉加热至1200℃并保温2小时。保温结束后，将坯料翻转90°，采用WHF法拔长两个道次，每次压下率均为20％。在两个道次结束后，继续将坯料拔长并摔圆至Φ380mm。在锻造完成后，按照较为严格的GB/T 6402-1991二级标准探伤。探伤结果显示，采用本发明提出的锻造方法锻造的轴类锻件全部合格。
对比例
本对比例与实施例使用同一批次的3支钢锭，使用400mm宽的上下平砧直接进行拔长，再摔圆至Φ380mm，其它条件与实施例相同。使用此方法锻造，锻件心部的应变小于本发明提出的锻造方法，不利于心部缺陷的愈合。在锻造完成后按照GB/T 6402-1991二级标准探伤。探伤结果显示，3支锻件均不合格，存在Φ4mm当量的密集型缺陷。
实施例结果表明，本发明提出的一种使用小压力高效愈合大型钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，可以使用较小压力的压机锻造大型轴类锻件，扩展了设备的适用范围，并能完全愈合钢锭内部的孔洞型缺陷，保证锻件的质量，大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导致报废的可能。且与传统工艺相比所需压下率较小，使用同样尺寸的坯料可以制造直径更大的锻件。
Claims (6)
1.一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于，该方法是使用小压力压机将各种尺寸的钢锭锻造为轴类件的自由锻过程，在压机压力较小、无法对钢锭镦粗的情况下，使用该方法直接进行拔长，在仅使用拔长工艺的情况下保证锻件心部缺陷的愈合，包括如下步骤：
1）在压钳把、倒棱、切除多余冒口工艺结束后，使用平砧对钢锭进行预拔长；
2）使用平砧对坯料进行两道次的单向大变形；所述步骤2）中，使用平砧沿同一方向对坯料进行两道次的单向大变形，第一道次的压下量为25%，第二道次的压下量为15%；
3）在单向大变形后，将坯料回炉重新加热并保温；
4）将坯料翻转90°，使用上下平砧将坯料拔长至最终尺寸。
2.按照权利要求1所述的使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于：所述步骤1）中，使用平砧的砧宽应大于锻件最终直径尺寸。
3.按照权利要求1所述的使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于：所述步骤1）中，预拔长后，坯料横截面为正方形，正方形边长为锻件最终直径的1.5倍。
4.按照权利要求1所述的使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于：两道次的单向大变形后，坯料呈扁方状。
5.按照权利要求1所述的使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于：所述步骤3）中，保温时间在2小时以上，以减小后续拔长过程的变形抗力，并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。
6.按照权利要求1所述的使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，其特征在于：所述步骤4）中，两道次的单向大变形后，将坯料翻转90°，使用WHF法或FM法进行拔长两个道次，每次压下率均为20%；在两个道次结束后，继续将坯料拔长至最终尺寸。
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