CN107328668A - 一种钢铁材料可锻性测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，对锻坯进行锻造，采集得到锻坯锻造过程及产生裂纹情况，根据坯料在锻造过程中是否产生裂纹及产生裂纹长度、宽度和数量等形态来判断其可锻性，其装置包括PLC控制器、隔板、裂缝综合测试仪、电动机Ⅰ、小齿轮、大齿轮、支架、连杆Ⅰ、凸轮、连杆Ⅱ、压缩活塞、压缩气缸、上气阀、下气阀、工作气缸、工作活塞、锤杆、锤头、上砧块、下砧块、下模底座、履带、传动齿轮、电动机Ⅱ、红外测温仪；本发明的测试方法可从一定程度上检验钢铁材料是否具有可锻性，工艺简单，成本低，从而根据其可锻程度优化材料成分及锻造工艺，减少锻造过程中的工作量和废品率，提高锻造工作效率，获得较大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，属于金属材料锻造技术领域。
背景技术
钢铁材料的可锻性是在进行压力加工时，通过加工改变其形状而使其不产生裂纹的性能，包括在高温热态或冷态下所进行得锤锻、轧制、拉伸、挤压等加工方式。钢铁材料经过锻造后其耐磨性、抗拉强度、韧性均有不同程度的提高。耐磨钢中的高锰钢锻造工艺性能和机械加工性能较差，导致其主要在铸造状态下处理后通过产生加工硬化提高耐磨性，较难获得锻态高锰钢耐磨件，高锰钢的耐磨性能得不到充分发挥，在一定程度上也限制了高锰钢的使用。高锰钢锻造后改善了机械性能，可进行车削、钻孔等为锻造耐磨奥氏体高锰钢的服役性能打下良好的基础。锻造裂纹是锻造过程中非常严重的一个问题，其影响到材料的使用性能，钢铁材料在使用过程中的断裂占了其失效一定的比重，主要是使用过程中受到应力过大、材料变形等因素的影响产生裂纹等缺陷导致材料断裂，因此在投入使用前了解材料的锻造性能，对于可否利用锻造来改善性能及在使用过程中预防裂纹产生具有重要的意义。
目前，国内实际生产应用过程中对于材料是否具有可锻性主要根据各种检测手段如探伤等来判断，对于大批量生产及锻造工艺而言，成本较大，周期长，对于锻造过程中锻坯的锻造变化情况及裂纹产生的在线检测研究较少。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，通过锻造设备对锻坯进行锻造，在线监测并采集得到的锻坯锻造过程及产生裂纹情况，从而根据坯料在锻造过程中是否产生裂纹及产生裂纹长度、宽度和数量等形态来判断其可锻性，为进一步分析材料的锻造性能和批量生产提供一定的指导作用。
本发明的目的在于提供所述钢铁材料可锻性测试方法，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：将锻造坯料在加热炉中快速加热至锻件的始锻温度，保温3~5min后取出；
（2）将步骤（1）得到的预处理过的锻坯放置在测试装置上，进行锻造测试；
（3）当达到锻件的终锻温度时，锻造完成，将采集到的数据保存，关闭测试装置，将锻坯进行堆冷处理至室温，根据在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的长度、宽度及数量判断锻件可锻性。
所述锻坯为碳钢，可为低碳钢、中碳钢、高碳钢。
所述锻造温度根据材料类型选择，碳钢的始锻温度为1000~1200℃，终锻温度为810~850℃。
步骤（1）所述加热升温速率为1.8~7.5℃/s。
步骤（3）所述可锻性的判断方法，对于所产生的裂纹长度（L）、宽度（W）和数量（n）进行判断：
① L＜10mm，W＜2mm，n＜2，钢铁材料可锻；
② 10mm≤L＜30mm，W＜2~3mm，n＜2~4，钢铁材料内部检测，裂纹是否由锻坯表面延伸至内部厚度1/2以上，裂纹延伸深度小于内部深度1/2则进行返修，若返修后符合其使用标准，则钢铁材料可锻，否则材料不可锻；
③ L≥30mm，W≥3mm，n＞4，其可锻性差或钢铁材料不可锻。
本发明还提供所述钢铁材料可锻性测试装置，包括PLC控制器1、隔板2、裂缝综合测试仪3、电动机Ⅰ4、小齿轮5、大齿轮6、支架7、连杆Ⅰ8、凸轮9、连杆Ⅱ10、压缩活塞11、压缩气缸12、上气阀13、下气阀14、工作气缸15、工作活塞16、锤杆17、锤头18、上砧块19、下砧块20、下模底座21、红外测温仪22、履带24、传动齿轮25、电动机Ⅱ26，PLC控制器1和电动机Ⅰ4相连，小齿轮5和电动机Ⅰ4的输出端连接，大齿轮6与小齿轮5相啮合，大齿轮6通过支架7进行固定，连杆Ⅰ8的一端穿过大齿轮6的中心轴，另一端连接凸轮9，凸轮9还与连杆Ⅱ10的一端连接，连杆Ⅱ10的另一端穿过压缩气缸12，连杆Ⅱ10穿过压缩气缸12的一端设有压缩活塞11，压缩活塞11横向设置在压缩气缸12内部，压缩气缸12和工作气缸15之间设有隔板2，隔板2的上部设有上气阀13，下部设有下气阀14，工作气缸15内设有工作活塞16，工作活塞16横向设置在工作汽缸15内部，工作活塞16设置在锤杆17的顶端，锤杆17的另一端连有锤头18，锤头18底部设有上砧块19，下砧块20和上砧块19正对，下砧块20设置在下模底座21上，裂缝综合测试仪3的工作窗口正对下砧块20和上砧块19之间的锻坯23，裂缝综合测试仪3的工作窗口上装有红外测温仪22，红外测温仪22对锻坯23的温度变化进行监测，履带24与下砧块20平齐，传动齿轮25与履带24相啮合，传动齿轮25的传动轴与电动机Ⅱ26相连，电动机Ⅱ26还与PLC控制器1连接。
所述凸轮9的边缘到轴心的最长距离不大于压缩气缸12的高度。
所述连杆Ⅱ10与压缩气缸12之间设有轴承Ⅰ，在连杆Ⅱ10上下运动的过程中，压缩汽缸12内部不与外界连通；锤杆17与工作汽缸15之间设有轴承Ⅱ，在锤杆17上下运动的过程中，工作汽缸15内部不与外部连通。
所述锤杆17、锤头18、上砧块19、下砧块20、下模底座21的材质为5CrMnMo，上砧块19、下砧块20为双角砧，质量为100~150kg。
所述电动机Ⅰ4的转速为750~3000r/min，可根据锻坯材料由PLC控制器1调控转速。
所述履带24表面涂有耐高温的隔热硅化物纤维材料以防止履带过热。
所述裂缝综合测试仪3可市购得到，型号：ZBL-F800裂缝综合测试仪。
使用装置进行锻造时，将预处理过的锻坯23放置在下砧块20上，开启裂缝综合测试仪3，开启PLC控制器1，PLC控制器1控制电动机Ⅰ4启动，电动机Ⅰ4根据PLC控制器1设定的转速工作，电动机Ⅰ4转动时带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动连杆Ⅰ8转动，连杆Ⅰ8带动凸轮9转动，凸轮9转动时，带动连杆Ⅱ10上下运动，连杆Ⅱ10上下运动时带动压缩活塞11上下运动；压缩活塞11向上运动时，压缩气体向上运动，上气阀13被气体冲开，压缩气缸12内的气体从上气阀13打开的通道进入工作气缸15上部，并压缩工作活塞16向下运动，工作活塞16下部的气体被压缩，下气阀14被气体冲开，工作气缸15下部的气体从下气阀14打开的通道进入压缩气缸12的下部，工作活塞16带动锤杆17向下运动，锤杆17向下运动后其底部的上砧块19向下运动，锤击在位于下砧块20的锻坯23上，对锻坯23进行锻造；凸轮9在向其短程端运动时，连杆Ⅱ10向下运动，带动压缩活塞12向下运动，压缩活塞12压缩其下面的气体，下气阀14被气体冲开，压缩气缸12下部的气体被挤进工作气缸15的下部，将工作活塞16顶起，工作活塞16向上运动，锤杆17带动锤头18、上砧块19向上运动，离开锻坯23，同时工作活塞16上部的气体被压缩，气体冲开上气阀13，上部的气体从上气阀13打开的通道进入压缩气缸12的上部；在凸轮9的长短程切换的过程中，锤头18带动上砧块19不停的对锻坯23进行锻造，裂缝综合测试仪3对锻坯23锻造过程的表面形貌进行记录，红外测温仪22对整个锻造过程的温度进行监测，PLC控制器1对电动机Ⅰ4的转速及工作时间进行控制；当红外测温仪22测试出锻件的终锻温度，锻造完成，将裂缝综合测试仪3采集到的数据保存，PLC控制器1关闭电动机Ⅰ4并开启电动机Ⅱ26，电动机Ⅱ26带动与下砧块20平齐的履带24运动，将锻造完的锻坯23置于履带24上的指定方向传送到设定地点进行堆冷处理至室温，根据裂缝综合测试仪3在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的形貌、长度、宽度及数量等在钢铁件质量标准下判断其可锻性。
本发明的有益效果：
（1）按照裂缝综合测试仪在线监测并采集得到的锻坯裂纹变化情况，包括产生的位置和温度，根据坯料在锻造过程中是否产生裂纹及产生裂纹长度、宽度和数量等形态对钢铁材料是否具有可锻性进行定性分析，对钢铁材料可锻性的测试方法通过对材料产品的用途等方面进行指导。
（2）测试方法工艺简单，生产成本低，周期较短，可在一定程度上判断钢铁材料可锻性，从而在材料成分及工艺等方面改善钢铁可锻能力，为提高钢铁材料可锻性和提高钢铁材料使用性能提供指导。
（3）钢铁材料可锻性测试方法使用的装置由PLC控制器、裂缝综合测试仪、电动机、履带、传动齿轮等构成，外配红外测温仪测量锻坯温度，对于钢铁材料的可锻性研究更为具体可靠。
（4）对于一般的碳钢材料可锻造不同的高径比坯料，提高判断钢铁材料可锻性的应用范围。
附图说明
图1本发明钢铁材料可锻性测试装置的结构示意图；
图中，1-PLC控制器，2-隔板，3-裂缝综合测试仪，4-电动机Ⅰ，5-小齿轮，6-大齿轮，7-支架，8-连杆Ⅰ，9-凸轮，10-连杆Ⅱ，11-压缩活塞，12-压缩气缸，13-上气阀，14-下气阀，15-工作气缸，16-工作活塞，17-锤杆，18-锤头，19-上砧块，20-下砧块，21-下模底座，22-红外测温仪，23-锻坯，24-履带，25-传动齿轮，26-电动机Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，锻坯为棒状，直径75mm，高度150mm，其组分及重量百分比如表1所示。
表1
本方法所使用的锻造装置，包括PLC控制器1、隔板2、裂缝综合测试仪3、电动机Ⅰ4、小齿轮5、大齿轮6、支架7、连杆Ⅰ8、凸轮9、连杆Ⅱ10、压缩活塞11、压缩气缸12、上气阀13、下气阀14、工作气缸15、工作活塞16、锤杆17、锤头18、上砧块19、下砧块20、下模底座21、红外测温仪22、履带24、传动齿轮25、电动机Ⅱ26，PLC控制器1和电动机Ⅰ4相连，小齿轮5和电动机Ⅰ4的输出端连接，大齿轮6与小齿轮5相啮合，大齿轮6通过支架7进行固定，连杆Ⅰ8的一端穿过大齿轮6的中心轴，另一端连接凸轮9，凸轮9还与连杆Ⅱ10的一端连接，连杆Ⅱ10的另一端穿过压缩气缸12，连杆Ⅱ10穿过压缩气缸12的一端设有压缩活塞11，压缩活塞11横向设置在压缩气缸12内部，压缩气缸12和工作气缸15之间设有隔板2，隔板2的上部设有上气阀13，下部设有下气阀14，工作气缸15内设有工作活塞16，工作活塞16横向设置在工作汽缸15内部，工作活塞16设置在锤杆17的顶端，锤杆17的另一端连有锤头18，锤头18底部设有上砧块19，下砧块20和上砧块19正对，下砧块20设置在下模底座21上，裂缝综合测试仪3的工作窗口正对下砧块20和上砧块19之间的锻坯23，裂缝综合测试仪3的工作窗口上装有红外测温仪22，红外测温仪22对锻坯23的温度变化进行监测，履带24与下砧块20平齐，传动齿轮25与履带24相啮合，传动齿轮25的传动轴与电动机Ⅱ26相连，电动机Ⅱ26还与PLC控制器1连接；凸轮9的边缘到轴心的最长距离不大于压缩气缸12的高度，连杆Ⅱ10与压缩气缸12之间设有轴承Ⅰ，在连杆Ⅱ10上下运动的过程中，压缩汽缸12内部不与外界连通；锤杆17与工作汽缸15之间设有轴承Ⅱ，在锤杆17上下运动的过程中，工作汽缸15内部不与外部连通；锤杆17、锤头18、上砧块19、下砧块20、下模底座21的材质为5CrMnMo，上砧块19、下砧块20为双角砧，质量为100kg；履带24表面涂有耐高温的隔热硅化物纤维材料以防止履带过热；裂缝综合测试仪3可市购得到，型号：ZBL-F800裂缝综合测试仪。
一种钢铁材料可锻性测试方法，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：将不同的锻造坯料在电压功率700KW的加热炉中，以5.5℃/s加热速率加热至1200℃，保温4min后取出；
（2）将步骤（1）得到的预处理过的锻坯23放置在下砧块20上，开启裂缝综合测试仪3，开启PLC控制器1， PLC控制器1控制电动机Ⅰ4启动，根据PLC控制器1设定电动机Ⅰ4工作转速为1500r/min，电动机Ⅰ4转动时带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动连杆Ⅰ8转动，连杆Ⅰ8带动凸轮9转动，凸轮9在向其长程端运动时，长程端为凸轮9边缘离中心最远的一端，带动连杆Ⅱ10上下运动，连杆Ⅱ10上下运动时带动压缩活塞11上下运动，压缩活塞11向上运动时，压缩气体向上运动，上气阀13被气体冲开，压缩气缸12内的气体从上气阀13打开的通道进入工作气缸15上部，并压缩工作活塞16向下运动，工作活塞16下部的气体被压缩，下气阀14被气体冲开，工作气缸15下部的气体从下气阀14打开的通道进入压缩气缸12的下部，工作活塞16带动锤杆17向下运动，锤杆17向下运动后其底部的上砧块19向下运动，锤击在位于下砧块20的锻坯23上，对锻坯23进行锻造，此时红外测温仪22监测到锻坯23温度为1146℃，但是因为从加热炉中将材料移至下砧块20并开始锻造的时间较短，且锻坯内部降温更慢，所以这个温度降低可以忽略不计；凸轮9在向其短程端运动时，短程端为凸轮9边缘离中心最近的一端，连杆Ⅱ10向下运动，带动压缩活塞12向下运动，压缩活塞12压缩其下面的气体，下气阀14被气压冲开，压缩气缸12下部的气体被挤进工作气缸15的下部，将工作活塞16顶起，工作活塞16向上运动，锤杆17带动锤头18、上砧块19向上运动，离开锻坯23，将工作活塞16上部的气体进行压缩，气体冲开上气阀13，上部的气体从上气阀13打开的通道进入压缩气缸12的上部；在凸轮9的长短程切换的过程中，锤头18往复运动带动上砧块19不停的对锻坯23进行锻造，裂缝综合测试仪3对锻坯23锻造过程的表面形貌进行记录，红外测温仪22对整个锻造过程的温度进行监测，PLC控制器1对电动机Ⅰ4的转速及工作时间进行控制；
（3）当红外测温仪22测试温度为810℃，锻造完成，将裂缝综合测试仪3采集到的数据保存，PLC控制器1关闭电动机Ⅰ4并开启电动机Ⅱ26，电动机Ⅱ26带动与下砧块20平齐的履带24运动，将锻造完的锻坯23置于履带24上的指定方向传送到设定地点进行堆冷处理至室温，根据裂缝综合测试仪3在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的形貌、长度、宽度及数量等在钢铁件质量标准下判断其可锻程度。
实施例通过裂缝综合测试仪3所采集的锻件在高温锻造过程中经捶打发生塑性变形，锻造过程裂缝综合测试仪3未测试到有裂缝产生，锻件表面较为光洁，无明显的宏观裂纹，对于所产生的裂纹长度（L）和宽度（W）和数量（n）满足：L＜10mm，W＜2mm，n＜2，在锻造要求允许范围内，材料可锻，且具有良好的锻造性能，将相同尺寸规格的坯料在工厂进行锻造，其结果本实施例得出的结论吻合，基本无锻造裂纹产生。
实施例2
本实施例一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，锻坯为棒状，直径75mm，长度150mm，其组分及重量百分比如表2所示。
表2
本实施例使用的锻造装置与实施例1相同。
一种钢铁材料可锻性测试方法，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：将不同的锻造坯料在电压功率700KW的加热炉中，以7.5℃/s加热速率加热至1150℃，保温3min后取出；
（2）将步骤（1）得到的预处理过的锻坯23放置在下砧块20上，开启裂缝综合测试仪3，开启PLC控制器1， PLC控制器1控制电动机Ⅰ4启动，根据PLC控制器1设定电动机Ⅰ4工作转速为750r/min，电动机Ⅰ4转动时带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动连杆Ⅰ8转动，连杆Ⅰ8带动凸轮9转动，凸轮9在向其长程端运动时，长程端为凸轮9边缘离中心最远的一端，带动连杆Ⅱ10上下运动，连杆Ⅱ10上下运动时带动压缩活塞11上下运动，压缩活塞11向上运动时，压缩气体向上运动，上气阀13被气体冲开，压缩气缸12内的气体从上气阀13打开的通道进入工作气缸15上部，并压缩工作活塞16向下运动，工作活塞16下部的气体被压缩，下气阀14被气体冲开，工作气缸15下部的气体从下气阀14打开的通道进入压缩气缸12的下部，工作活塞16带动锤杆17向下运动，锤杆17向下运动后其底部的上砧块19向下运动，锤击在位于下砧块20的锻坯23上，对锻坯23进行锻造，此时红外测温仪22监测到锻坯23温度为1145℃，但是因为从加热炉中将材料移至下砧块20并开始锻造的时间较短，且锻坯内部降温更慢，所以这个温度降低可以忽略不计；凸轮9在向其短程端运动时，短程端为凸轮9边缘离中心最近的一端，连杆Ⅱ10向下运动，带动压缩活塞12向下运动，压缩活塞12压缩其下面的气体，下气阀14被气压冲开，压缩气缸12下部的气体被挤进工作气缸15的下部，将工作活塞16顶起，工作活塞16向上运动，锤杆17带动锤头18、上砧块19向上运动，离开锻坯23，将工作活塞16上部的气体进行压缩，气体冲开上气阀13，上部的气体从上气阀13打开的通道进入压缩气缸12的上部；在凸轮9的长短程切换的过程中，锤头18往复运动带动上砧块19不停的对锻坯23进行锻造，裂缝综合测试仪3对锻坯23锻造过程的表面形貌进行记录，红外测温仪22对整个锻造过程的温度进行监测，PLC控制器1对电动机Ⅰ4的转速及工作时间进行控制；
（3）当红外测温仪22测试温度为830℃，锻造完成，将裂缝综合测试仪3采集到的数据保存，PLC控制器1关闭电动机Ⅰ4并开启电动机Ⅱ26，电动机Ⅱ26带动与下砧块20平齐的履带24运动，将锻造完的锻坯23置于履带24上的指定方向传送到设定地点进行堆冷处理至室温，根据裂缝综合测试仪3在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的形貌、长度、宽度及数量等在钢铁件质量标准下判断其可锻程度。
本实施例中裂缝综合测试仪3所采集的锻件在高温锻造过程中经捶打发生塑性变形，锻造过程裂缝综合测试仪3测试到锻件的中上部有少量裂缝产生，在红外测温仪22的实时测温下发现裂缝产生的温度在996℃，其表面最长的裂纹长度12mm，宽度2.5mm，数量n为3，对于所产生的裂纹长度（L）和宽度（W）和数量（n）满足：10mm≤L＜30mm，W＜2~3mm，n＜2~4，切开观察材料表面的裂纹扩展至内部深度为5mm，未大于锻坯内部厚度的1/2，材料可进行返修将去除表面裂纹；将相同尺寸规格的坯料在工厂进行锻造，其结果为表面最长裂纹为10mm，宽度2mm，数量为3，切开观察裂纹深度为3mm，与本实施例得出的结论相吻合。
实施例3
本实施例一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，锻坯为棒状，直径75mm，长度150mm，其组分及重量百分比如表3所示，剩余部分为铁及不可避免杂质。
表3
本实施例使用的锻造装置与实施例1相同。
一种钢铁材料可锻性测试方法，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：锻坯预处理将不同的锻造坯料在电压功率700KW的加热炉中，以6℃/s加热速率加热至1000℃，保温3min后取出；
（2）将步骤（1）得到的预处理过的锻坯23放置在下砧块20上，开启裂缝综合测试仪3，开启PLC控制器1，PLC控制器1控制电动机Ⅰ4启动，根据PLC控制器1设定电动机Ⅰ4工作转速为3000r/min，电动机Ⅰ4转动时带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动连杆Ⅰ8转动，连杆Ⅰ8带动凸轮9转动，凸轮9在向其长程端运动时，长程端为凸轮9边缘离中心最远的一端，带动连杆Ⅱ10上下运动，连杆Ⅱ10上下运动时带动压缩活塞11上下运动，压缩活塞11向上运动时，压缩气体向上运动，上气阀13被气体冲开，压缩气缸12内的气体从上气阀13打开的通道进入工作气缸15上部，并压缩工作活塞16向下运动，工作活塞16下部的气体被压缩，下气阀14被气体冲开，工作气缸15下部的气体从下气阀14打开的通道进入压缩气缸12的下部，工作活塞16带动锤杆17向下运动，锤杆17向下运动后其底部的上砧块19向下运动，锤击在位于下砧块20的锻坯23上，对锻坯23进行锻造，此时红外测温仪22监测到锻坯23温度为995℃，但是因为从加热炉中将材料移至下砧块20并开始锻造的时间较短，且锻坯内部降温更慢，所以这个温度降低可以忽略不计；凸轮9在向其短程端运动时，短程端为凸轮9边缘离中心最近的一端，连杆Ⅱ10向下运动，带动压缩活塞12向下运动，压缩活塞12压缩其下面的气体，下气阀14被气压冲开，压缩气缸12下部的气体被挤进工作气缸15的下部，将工作活塞16顶起，工作活塞16向上运动，锤杆17带动锤头18、上砧块19向上运动，离开锻坯23，将工作活塞16上部的气体进行压缩，气体冲开上气阀13，上部的气体从上气阀13打开的通道进入压缩气缸12的上部；在凸轮9的长短程切换的过程中，锤头18往复运动带动上砧块19不停的对锻坯23进行锻造，裂缝综合测试仪3对锻坯23锻造过程的表面形貌进行记录，红外测温仪22对整个锻造过程的温度进行监测，PLC控制器1对电动机Ⅰ4的转速及工作时间进行控制；
（3）当红外测温仪22测试温度为850℃，锻造完成，将裂缝综合测试仪3采集到的数据保存，PLC控制器1关闭电动机Ⅰ4并开启电动机Ⅱ26，电动机Ⅱ26带动与下砧块20平齐的履带24运动，将锻造完的锻坯23置于履带24上的指定方向传送到设定地点进行堆冷处理至室温，根据裂缝综合测试仪3在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的形貌、长度、宽度及数量等在钢铁件质量标准下判断其可锻程度。
本实施例裂缝综合测试仪3所采集的锻件在高温锻造过程中经捶打发生塑性变形，锻造过程裂缝综合测试仪3测试到锻件的上部有裂缝产生，在红外测温仪22的实时测温下发现裂缝产生的温度在880℃，最长的裂纹长度为26mm，宽度2mm，数量为3条，切开观察内部裂纹扩展深度为14mm，对于所产生的裂纹长度（L）和宽度（W）和数量（n）满足：10mm≤L＜30mm，W＜2~3mm，n＜2~4，材料表面的裂纹扩展至内部9mm，大于锻坯内部厚度的1/2，返修对材料的形貌要求和使用性能影响大，不可进行返修将去除表面裂纹，将相同尺寸规格的坯料在工厂进行锻造，其结果为表面最长裂纹为28mm，宽度2mm，数量3条，内部裂纹扩展深度12mm，与本实施例得出的结果相吻合。
实施例4
本实施例一种钢铁材料可锻性测试方法及装置，锻坯为棒状，直径75mm，长度150mm，其组分及重量百分比如表4所示。
表4
本实施例使用的锻造装置与实施例1相同。
一种钢铁材料可锻性测试方法，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：锻坯预处理将不同的锻造坯料在电压功率700KW的加热炉中，以7℃/s加热速率加热至1150℃，保温5min后取出；
（2）将步骤（1）得到的预处理过的锻坯23放置在下砧块20上，开启裂缝综合测试仪3，开启PLC控制器1， PLC控制器1控制电动机Ⅰ4启动，根据PLC控制器1设定电动机Ⅰ4工作转速为2200r/min，电动机Ⅰ4转动时带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动连杆Ⅰ8转动，连杆Ⅰ8带动凸轮9转动，凸轮9在向其长程端运动时，长程端为凸轮9边缘离中心最远的一端，带动连杆Ⅱ10上下运动，连杆Ⅱ10上下运动时带动压缩活塞11上下运动，压缩活塞11向上运动时，压缩气体向上运动，上气阀13被气体冲开，压缩气缸12内的气体从上气阀13打开的通道进入工作气缸15上部，并压缩工作活塞16向下运动，工作活塞16下部的气体被压缩，下气阀14被气体冲开，工作气缸15下部的气体从下气阀14打开的通道进入压缩气缸12的下部，工作活塞16带动锤杆17向下运动，锤杆17向下运动后其底部的上砧块19向下运动，锤击在位于下砧块20的锻坯23上，对锻坯23进行锻造，此时红外测温仪22监测到锻坯23温度为1144℃，但是因为从加热炉中将材料移至下砧块20并开始锻造的时间较短，且锻坯内部降温更慢，所以这个温度降低可以忽略不计；凸轮9在向其短程端运动时，短程端为凸轮9边缘离中心最近的一端，连杆Ⅱ10向下运动，带动压缩活塞12向下运动，压缩活塞12压缩其下面的气体，下气阀14被气压冲开，压缩气缸12下部的气体被挤进工作气缸15的下部，将工作活塞16顶起，工作活塞16向上运动，锤杆17带动锤头18、上砧块19向上运动，离开锻坯23，将工作活塞16上部的气体进行压缩，气体冲开上气阀13，上部的气体从上气阀13打开的通道进入压缩气缸12的上部；在凸轮9的长短程切换的过程中，锤头18往复运动带动上砧块19不停的对锻坯23进行锻造，裂缝综合测试仪3对锻坯23锻造过程的表面形貌进行记录，红外测温仪22对整个锻造过程的温度进行监测，PLC控制器1对电动机Ⅰ4的转速及工作时间进行控制；
（3）当红外测温仪22测试温度为836℃，锻造完成，将裂缝综合测试仪3采集到的数据保存，PLC控制器1关闭电动机Ⅰ4并开启电动机Ⅱ26，电动机Ⅱ26带动与下砧块20平齐的履带24运动，将锻造完的锻坯23置于履带24上的指定方向传送到设定地点进行堆冷处理至室温，根据裂缝综合测试仪3在线监测和采集的结果进行分析，并进一步检测其表面是否具有明显的宏观裂纹，根据裂纹的形貌、长度、宽度及数量等在钢铁件质量标准下判断其可锻程度。
本实施例裂缝综合测试仪3所采集的锻件在高温锻造过程中经捶打发生塑性变形，锻造过程裂缝综合测试仪3测试到锻件中部产生较为集中的裂缝，在红外测温仪22的实时测温下发现裂缝产生的温度在1006℃，最长的裂纹长度为42mm，宽度3mm，有5条裂纹长度超过40mm，宽度达2mm，切开观察内部裂纹扩展深度为25mm，裂纹数量6条，对于所产生的裂纹长度（L）和宽度（W）和数量（n）满足：L≥30mm，W≥3mm，n＞4，材料易产生锻造裂纹，其可锻性较差，材料表面的裂纹扩展至内部较深，返修对材料的形貌改变较大，影响其使用性能，不可进行返修将去除表面裂纹，材料可锻性较差，对产生裂纹的工件需要改变成分或锻造工艺等措施来提高其可锻性，将相同尺寸规格的坯料在工厂进行锻造，其结果为锻件最长裂纹为36mm，宽度3.5mm，裂纹数量5条，内部裂纹扩展深度21mm，与本实施例得出的结果基本吻合。
Claims (10)
1.一种钢铁材料可锻性测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）锻坯预处理：将锻坯加热至锻件的始锻温度，保温3~5min后取出；
（2）将步骤（1）预处理过的锻坯放置在测试装置上，进行锻造测试；
（3）当达到锻件的终锻温度时，锻造完成，将采集到的数据保存，关闭测试装置，将锻坯进行堆冷处理至室温，根据结果进行分析，根据裂纹的长度、宽度及数量判断锻坯可锻性。
2.根据权利要求1所述钢铁材料可锻性测试方法，其特征在于，所述锻坯为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
3.根据权利要求1所述钢铁材料可锻性测试方法，其特征在于，所述始锻温度为1000~1200℃，终锻温度为810~850℃。
4.根据权利要求1所述钢铁材料可锻性测试方法，其特征在于，步骤（1）所述加热升温速率为1.8~7.5℃/s。
5.根据权利要求1所述钢铁材料可锻性测试方法，其特征在于，步骤（3）所述可锻性的判断方法，根据锻坯产生的裂纹长度L、宽度W和数量n进行判断：
①L＜10mm，W＜2mm，n＜2，钢铁材料可锻；
②10mm≤L＜30mm，W＜2~3mm，n＜2~4，钢铁材料内部检测，裂纹是否由锻坯表面延伸至内部厚度1/2以上，裂纹延伸深度小于内部深度1/2则进行返修，若返修后符合其使用标准，则钢铁材料可锻，否则材料不可锻；
③ L≥30mm，W≥3mm，n＞4，钢铁材料不可锻。
6.权利要求1所述钢铁材料可锻性测试装置，其特征在于，包括PLC控制器、隔板、裂缝综合测试仪、电动机Ⅰ、小齿轮、大齿轮、支架、连杆Ⅰ、凸轮、连杆Ⅱ、压缩活塞、压缩气缸、上气阀、下气阀、工作气缸、工作活塞、锤杆、锤头、上砧块、下砧块、下模底座、红外测温仪、履带、传动齿轮、电动机Ⅱ，PLC控制器和电动机Ⅰ相连，小齿轮和电动机Ⅰ的输出端连接，大齿轮与小齿轮相啮合，大齿轮通过支架进行固定，连杆Ⅰ的一端穿过大齿轮的中心轴，另一端连接凸轮，凸轮还与连杆Ⅱ的一端连接，连杆Ⅱ的另一端穿过压缩气缸，并设有压缩活塞，压缩活塞横向设置在压缩气缸内部，压缩气缸和工作气缸之间设有隔板，隔板的上部设有上气阀，下部设有下气阀，工作活塞横向设置在工作汽缸内部，工作活塞设置在锤杆的顶端，锤杆的另一端连有锤头，锤头底部设有上砧块，下砧块和上砧块正对，下砧块设置在下模底座上，裂缝综合测试仪的工作窗口正对下砧块和上砧块之间的锻坯，裂缝综合测试仪的工作窗口上装有红外测温仪，履带与下砧块平齐，传动齿轮与履带相啮合，传动齿轮的传动轴与电动机Ⅱ输出端相连，电动机Ⅱ与PLC控制器连接。
7.根据权利要求6所述钢铁材料可锻性测试装置，其特征在于，所述凸轮的边缘到轴心的最长距离不大于压缩气缸高度。
8.根据权利要求6所述钢铁材料可锻性测试装置，其特征在于，所述连杆Ⅱ与压缩气缸之间设有轴承Ⅰ；锤杆与工作汽缸之间设有轴承Ⅱ。
9.根据权利要求6所述钢铁材料可锻性测试装置，其特征在于，所述电动机Ⅰ的转速为750~3000r/min。
10.根据权利要求6所述钢铁材料可锻性测试装置，其特征在于，所述锤杆、锤头、上砧块、下砧块、下模底座的材质为5CrMnMo。
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| 李新玲 等: "高效液相色谱凝胶色谱法测试高分子化合物的研究" * |
| 肖蒙 等: "一种双腔射击式气动冲击锤的设计与性能分析" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107328668B (zh) | 2023-05-12 |
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