CN107052222B - 一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法 - Google Patents

一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法 Download PDF

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Abstract

一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法，涉及锻造领域，该局部镦粗成型方法先彻底破碎钢锭铸造组织，以达到满足力学性能的要求。再采用特殊锻造组合工艺JTS锻造法+FML锻造法进行锻造。最后采用胎模进行局部镦粗成形。该方法不但使成型更加容易，火次少，而且更能有效满足锻件心部探伤要求，提高锻件质量。并且由于工艺方法的改变，降低了对设备的要求，采用较低吨位的设备即可实现对大型轴类锻件的局部镦粗成型。一种大型轴类锻件的锻造方法，其包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其特殊的锻造组合工艺，保证了锻坯质量，该锻造方法具有成型容易，火次少，锻件品质高，设备要求低等优点。

Description

一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法
技术领域
本发明涉及锻造领域，具体而言，涉及一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法。
背景技术
由于大型锻件制造技术的特殊性和复杂性，在锻造过程中容易形成一些不同于中小型锻件的各种各样的缺陷。现有技术中，对于大型轴类锻件的镦粗拔长工艺通常采用以下方式：在毛坯的制备中往往采用镦粗结合WHF锻造法(Wide Die Heavy Blow.Forging)拔长，最后成型则通过压印结合平砧拔长来实现。
上述锻造工艺相对比较成熟，但该工艺的实现对设备的依赖程度较大，如果设备的吨位不够，则会存在以下问题：1.WHF法通常采用大砧宽比、大压下率(砧宽比应达到0.68～0.77，每次压下率至少为20％)，迫使锻件心部产生较大变形，设备吨位不足很难保证WHF锻造拔长效果。2.在对钢锭进行镦粗(H/D>1)时，钢锭中心区域存在两向拉应力，而采用WHF法对钢锭拔长的过程中，存在一向或两向拉应力，致使镦粗拔长过程中应力不对等；3.得到的锻件不能保证一火成型，心部达不到临界变形量，影响锻件组织和探伤质量。例如，大型锻造立辊，辊身直径超过1400mm，是一种带法兰的轴类锻件，就需要6000吨及以上大型锻造液压机成型，如此大吨位的锻造设备，给实际生产带来困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其采用特殊的锻造组合工艺保证坯料质量，最终实现对大型轴类锻件的局部镦粗成型。该方法不但使成型容易，火次少，更能有效满足锻件心部探伤要求，提高锻件质量，并且还能够降低设备需求。
本发明的另一目的在于提供一种大型轴类锻件的锻造方法，其包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其具有成型容易，火次少，锻件品质高，设备要求低等优点。
本发明的实施例是这样实现的：
一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，包括：
将钢锭进行镦粗拔长，以使钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯。
将第一锻坯采用JTS锻造法和FML法进行锻造，得到第二锻坯。
采用胎模辅助进行局部镦粗成型。
一种大型轴类锻件的锻造方法，包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供了一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其先彻底破碎钢锭铸造组织，以达到满足力学性能的要求。再采用特殊锻造组合工艺JTS锻造法+FML锻造法来保证锻合该轴类锻件的孔隙性缺陷，同时让锻件心部受到三向压应力作用，避免拉应力导致裂纹产生。最后采用胎模局部镦粗成形的方法，在保证锻件力学性能和探伤质量的前提下，实现锻件最终一火成形。该方法不但使成型更加容易，火次少，而且更能有效满足锻件心部探伤要求，提高锻件质量。并且由于工艺方法的改变，降低了对设备的要求，采用较低吨位的设备即可实现对大型轴类锻件的局部镦粗成型。
本发明的还提供一种大型轴类锻件的锻造方法，其包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其特殊的锻造组合工艺，保证了锻坯质量，该锻造方法具有成型容易，火次少，锻件品质高，设备要求低等优点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法以及锻造方法进行具体说明。
一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，包括：将钢锭进行镦粗拔长，以使钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯。
铸态组织是指金属材料在熔炼过程中，从金属熔体转变为固体后形成的微观组织。锻件的微观组织均匀、细致，其综合力学性能就会更佳。为了将大型锻件铸坯的铸态组织转变为变形组织，从而让其锻件的内部组织更加均匀、细致，以满足力学性能的要求。首先需要通过对钢锭进行塑性变形，来对其内部的铸态组织进行破碎。
本发明实施例中，采用镦粗拔长的方式来对钢锭的铸态组织进行破碎。对钢锭进行镦粗拔长的次数为一次或多次，优选为1～2次，钢锭的镦粗比达到1.8～2.2，优选为2。发明人基于长自身的创造性劳动，发现在该范围值内进行的镦粗拔长，能够很好地将钢锭内部的铸态组织破碎，获得内部组织细致均匀，力学性能更好的锻件。
本发明实施例所提供的一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法还包括：将第一锻坯采用JTS锻造法和FML法进行锻造，得到第二锻坯。
JTS锻造法即中心压实锻造法，是日本制钢所的馆野万吉和鹿野昭于1962年创立的一种大锻件锻造方法。其实质是：钢锭加热到始锻温度后不直接加压锻造，而是用鼓风或喷水雾的方法使其表面快速强制冷却，使钢锭内外产生250～350℃的温差，利用内外层间变形阻力的显著差别，用较窄的砧子施以强力压制，从而达到压实心部孔穴、疏松等缺陷的目的，是压实中心缺陷的一种行之有效的锻造方法。
FML锻造法是在FM法的基础上降低压力机负荷的一种锻造法，其上砧的宽度要比坯料窄，长度方向与坯料轴向方向保持一致，下面的辅助工具仍然是大的平台，再锻造过程中压下量和锻造比都比较小，是在保证有效地锻合坯料内部孔洞、疏松缺陷的前提下来降低压机的载荷。
优选地，本发明实施例采用四面JTS锻造法与FML锻造法结合使用，能有效保证锻坯成形前心部锻透以及锻合心部疏松等孔隙类缺陷，同时，严防内部萌生新裂纹。
进一步地，将第一锻坯先采用JTS锻造法进行锻造压实，再采用FML法进行锻造，得到第二锻坯。
本发明实施例所采用的JTS锻造法包括第一次压实过程、第二次压实过程、第三次压实过程和第四次压实过程。
第一次压实过程包括：对第一锻坯的单面进行压实。
第二次压实过程包括：将经过第一次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
第三次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转90度，并进行压实。
第四次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
通过对四个面分别进行压实，可以减少每个面所需的下压率。同时，本发明实施例采用先从一个轴向进行压实，再从另一个轴向压实的锻造方式，使应力分散，让整个锻坯的受力更加均匀化，可以从不同方向对其内部空隙性缺陷进行压缩，达到更好的压缩效果，更好地消除缺陷。
JTS锻造法中采用的砧与第一锻坯的宽度之比为0.55～0.65，砧宽比为0.65～0.75，单面下压率为12～14％。发明人基于自身的创造性劳动，发现在该范围值内进行的锻造，可以有效的将锻坯的心部压实锻透，降少内部缺陷。
进一步地，FML锻造法包括第一次锻造过程、第二次锻造过程和第三次锻造过程。
第一次锻造过程包括：将经过锻造压实后的第一锻坯的单面进行锻造。
第二次锻造过程包括：将经过第一次锻造过程后的第一锻坯翻转180度，并进行锻造。
第三次锻造过程包括：将经过第二次锻造过程后的第一锻坯翻转90度，并进行锻造。
进一步地，在采用FML锻造法进行锻造的过程中，对第一锻坯的相对两面采用错开锻造的方式进行。
本发明实施例的FML锻造法采用三面锻造的方式，可以让锻坯中心部位受到三向压应力作用，避免拉应力导致新的裂纹产生。
FML锻造法中的砧宽比为0.4～0.5，单边压下率为10～12％，经过锻造压实后的第一锻坯的宽高比为0.85～1.2。发明人基于自身的创造性劳动，发现在该范围值内进行的锻造，可以有效的将锻坯的心部压实锻透，降少内部缺陷，并且可以防止拉应力产生新的裂纹。
本发明实施例所提供的一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法还：采用胎模辅助进行局部镦粗成型。
采用胎模辅助进行局部镦粗成型是将第二锻坯先锻制成大型轴类锻件的镦粗坯件，再使用胎膜辅助对镦粗坯件进行局部镦粗成型。
将第二锻坯锻制成大型轴类锻件可以采用快锻机来实现，由于本发明实施例所采用的独特工艺，降低了对设备的需求。对于辊身直径超过1400mm的大型锻造立辊，现有技术中需要6000吨及以上大型锻造液压机成形，而在本发明实施例中，仅采用4500吨快锻液压机即可进行锻造。
镦粗坯件中需要进行局部镦粗的部分为镦粗体，镦粗体的高径比为1.3～2，优选为1.6。镦粗体在局部镦粗成型的过程中，瞬时高径比达到0.9～1.1。在该范围内进行局部镦粗，可以保证锻件成形心部既能达到临界变形量，又防止拉应力萌生新的裂纹。
在实际生产过程中，需要根据大型立辊、齿轮轴等零件图制定锻件毛坯图，并按照毛坯图的要求制作相应的胎模。采用胎模局部镦粗成形方法，可以在保证锻件力学性能和探伤质量的前提下，实现锻件最终一火成形。
一种大型轴类锻件的锻造方法，其包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法。该锻造方法具有成型容易，火次少，锻件品质高，设备要求低等优点。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种辊身直径最大处达到1600mm的大型锻造立辊的局部镦粗成型方法，采用的钢种为60CrMnMo，其包括以下步骤：
S1、根据大型立辊、齿轮轴等零件图制定锻件毛坯图，并按照毛坯图要求制作相应的胎模。
S2、采用两次镦粗拔长，以使钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯，钢锭的镦粗比为2。
S3、采用四面JTS锻造法对第一锻坯进行锻造压实，锻造采用先对单面进行锻造，包括第一次压实过程、第二次压实过程、第三次压实过程和第四次压实过程。
第一次压实过程包括：对第一锻坯的单面进行压实。
第二次压实过程包括：将经过第一次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
第三次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转90度，并进行压实。
第四次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
其中，JTS锻造法中采用的砧与第一锻坯的宽度之比为0.6，砧宽比为0.7，单面下压率为13％。
S4、对经过JTS锻造法压实锻造后的第一锻坯进行FML法锻造，包括第一次锻造过程、第二次锻造过程和第三次锻造过程。
第一次锻造过程包括：将经过锻造压实后的第一锻坯的单面进行锻造。
第二次锻造过程包括：将经过第一次锻造过程后的第一锻坯翻转180度，并进行锻造。
第三次锻造过程包括：将经过第二次锻造过程后的第一锻坯翻转90度，并进行锻造。
其中，FML锻造法中的砧宽比为0.5，单边压下率为11％，经过锻造压实后的第一锻坯的宽高比为1.2，对第一锻坯的相对两面采用错开锻造的方式进行。
S5、采用4500吨级的快锻机将第二锻坯先锻制成大型轴类锻件的镦粗坯件。镦粗坯件中需要进行局部镦粗的部分为镦粗体，镦粗体的高径比为1.6。
S6、使用胎膜辅助对镦粗坯件进行局部镦粗成型。镦粗体在局部镦粗成型的过程中，瞬时高径比达到1。
上述锻件的局部镦粗成型和后续锻件精整一火完成，对其进行超声波探伤，完全符合行业标准JB/T3733-2006“大型锻造合金钢热轧工作辊”所规定的探伤要求。
实施例2
本实施例提供了一种辊身直径最大处达到1410mm的大型锻造立辊的局部镦粗成型方法，采用的钢种为70Cr3NiMo，其包括以下步骤：
S1、根据大型立辊、齿轮轴等零件图制定锻件毛坯图，并按照毛坯图要求制作相应的胎模。
S2、采用两次镦粗拔长，以使钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯，钢锭的镦粗比为2.2。
S3、采用四面JTS锻造法对第一锻坯进行锻造压实，锻造采用先对单面进行锻造，包括第一次压实过程、第二次压实过程、第三次压实过程和第四次压实过程。
第一次压实过程包括：对第一锻坯的单面进行压实。
第二次压实过程包括：将经过第一次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
第三次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转90度，并进行压实。
第四次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
其中，JTS锻造法中采用的砧与第一锻坯的宽度之比为0.55，砧宽比为0.75，单面下压率为12％。
S4、对经过JTS锻造法压实锻造后的第一锻坯进行FML法锻造，包括第一次锻造过程、第二次锻造过程和第三次锻造过程。
第一次锻造过程包括：将经过锻造压实后的第一锻坯的单面进行锻造。
第二次锻造过程包括：将经过第一次锻造过程后的第一锻坯翻转180度，并进行锻造。
第三次锻造过程包括：将经过第二次锻造过程后的第一锻坯翻转90度，并进行锻造。
其中，FML锻造法中的砧宽比为0.4，单边压下率为12％，经过锻造压实后的第一锻坯的宽高比为1.0，对第一锻坯的相对两面采用错开锻造的方式进行。
S5、采用4500吨级的快锻机将第二锻坯先锻制成大型轴类锻件的镦粗坯件。镦粗坯件中需要进行局部镦粗的部分为镦粗体，镦粗体的高径比为1.3。
S6、使用胎膜辅助对镦粗坯件进行局部镦粗成型。镦粗体在局部镦粗成型的过程中，瞬时高径比达到0.9。
上述锻件的局部镦粗成型和后续锻件精整一火完成，对其进行超声波探伤，完全符合行业标准JB/T3733-2006“大型锻造合金钢热轧工作辊”所规定的探伤要求。
实施例3本实施例提供了一种辊身直径最大处达到1530mm的大型锻造立辊的局部镦粗成型方法，采用的钢种为70Cr3NiMo，其包括以下步骤：
S1、根据大型立辊、齿轮轴等零件图制定锻件毛坯图，并按照毛坯图要求制作相应的胎模。
S2、采用两次镦粗拔长，以使钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯，钢锭的镦粗比为1.8。
S3、采用四面JTS锻造法对第一锻坯进行锻造压实，锻造采用先对单面进行锻造，包括第一次压实过程、第二次压实过程、第三次压实过程和第四次压实过程。
第一次压实过程包括：对第一锻坯的单面进行压实。
第二次压实过程包括：将经过第一次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
第三次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转90度，并进行压实。
第四次压实过程包括：将经过第二次压实过程后的第一锻坯翻转180度，并进行压实。
其中，JTS锻造法中采用的砧与第一锻坯的宽度之比为0.65，砧宽比为0.65，单面下压率为14％。
S4、对经过JTS锻造法压实锻造后的第一锻坯进行FML法锻造，包括第一次锻造过程、第二次锻造过程和第三次锻造过程。
第一次锻造过程包括：将经过锻造压实后的第一锻坯的单面进行锻造。
第二次锻造过程包括：将经过第一次锻造过程后的第一锻坯翻转180度，并进行锻造。
第三次锻造过程包括：将经过第二次锻造过程后的第一锻坯翻转90度，并进行锻造。
其中，FML锻造法中的砧宽比为0.4，单边压下率为10％，经过锻造压实后的第一锻坯的宽高比为0.85，对第一锻坯的相对两面采用错开锻造的方式进行。
S5、采用4500吨级的快锻机将第二锻坯先锻制成大型轴类锻件的镦粗坯件。镦粗坯件中需要进行局部镦粗的部分为镦粗体，镦粗体的高径比为2.0。
S6、使用胎膜辅助对镦粗坯件进行局部镦粗成型。镦粗体在局部镦粗成型的过程中，瞬时高径比达到1.1。
上述锻件的局部镦粗成型和后续锻件精整一火完成，对其进行超声波探伤，完全符合行业标准JB/T3733-2006“大型锻造合金钢热轧工作辊”所规定的探伤要求。
综上所述，本发明提供了一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其先彻底破碎钢锭铸造组织，以达到满足力学性能的要求。再采用特殊锻造组合工艺JTS锻造法+FML锻造法来保证锻合该轴类锻件的孔隙性缺陷，同时让锻件心部受到三向压应力作用，避免拉应力导致裂纹产生。最后采用胎模局部镦粗成形的方法，在保证锻件力学性能和探伤质量的前提下，实现锻件最终一火成形。该方法不但使成型更加容易，火次少，而且更能有效满足锻件心部探伤要求，提高锻件质量。并且由于工艺方法的改变，降低了对设备的要求，采用较低吨位的设备即可实现对大型轴类锻件的局部镦粗成型。
本发明的还提供一种大型轴类锻件的锻造方法，其包含上述大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其特殊的锻造组合工艺，保证了锻坯质量，该锻造方法具有成型容易，火次少，锻件品质高，设备要求低等优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型轴类锻件的局部镦粗成型方法，其特征在于，包括：
将钢锭进行镦粗拔长，以使所述钢锭的铸态组织破碎，得到第一锻坯；将所述第一锻坯采用JTS锻造法和FML法进行锻造，得到第二锻坯；采用胎模辅助进行局部镦粗成型；
将所述第一锻坯先采用JTS锻造法进行锻造压实，再采用FML法进行锻造，得到所述第二锻坯；
所述JTS锻造法包括第一次压实过程、第二次压实过程、第三次压实过程和第四次压实过程；
所述第一次压实过程包括：对所述第一锻坯的单面进行压实；
所述第二次压实过程包括：将经过所述第一次压实过程后的所述第一锻坯翻转180度，并进行压实；
所述第三次压实过程包括：将经过所述第二次压实过程后的所述第一锻坯翻转90度，并进行压实；
所述第四次压实过程包括：将经过所述第二次压实过程后的所述第一锻坯翻转180度，并进行压实；
所述FML锻造法包括第一次锻造过程、第二次锻造过程和第三次锻造过程；
所述第一次锻造过程包括：将经过锻造压实后的所述第一锻坯的单面进行锻造；
所述第二次锻造过程包括：将经过所述第一次锻造过程后的所述第一锻坯翻转180度，并进行锻造；
所述第三次锻造过程包括：将经过所述第二次锻造过程后的所述第一锻坯翻转90度，并进行锻造；
在采用所述FML锻造法进行锻造的过程中，对所述第一锻坯的相对两面采用错开锻造。
2.根据权利要求1所述的局部镦粗成型方法，其特征在于，采用胎模辅助进行局部镦粗成型是将所述第二锻坯先锻制成大型轴类锻件的镦粗坯件，再使用胎膜辅助对所述镦粗坯件进行局部镦粗成型。
3.根据权利要求1所述的局部镦粗成型方法，其特征在于，对所述钢锭进行镦粗拔长的次数为一次或多次，所述钢锭的镦粗比达到1.8～2.2。
4.根据权利要求1所述的局部镦粗成型方法，其特征在于，所述JTS锻造法中采用的砧与所述第一锻坯的宽度之比为0.55～0.65，砧宽比为0.65～0.75，单面下压率为12～14％。
5.根据权利要求1所述的局部镦粗成型方法，其特征在于，所述FML锻造法中的砧宽比为0.4～0.5，单边压下率为10～12％，经过锻造压实后的所述第一锻坯的宽高比为0.85～1.2。
6.根据权利要求2所述的局部镦粗成型方法，其特征在于，所述镦粗坯件中需要进行局部镦粗的部分为镦粗体，所述镦粗体的高径比为1.3～2；所述镦粗体在所述局部镦粗成型的过程中，瞬时高径比达到0.9～1.1。
7.一种大型轴类锻件的锻造方法，其特征在于，包含如权利要求1～6任一项所述的大型轴类锻件的局部镦粗成型方法。
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