CN113843383A - 一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法 - Google Patents
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Abstract
本专利介绍了一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，具体步骤为：步骤1：坯料选制预拔长；步骤2：在坯料水口端和冒口端分别锻制翻钢机和锻造操作机协同起吊翻转用的钳口；步骤3：复合镦粗；步骤4：复合拔长；步骤5：锥面预成形；步骤6：将坯料放置于成形胎模中，完成坯料成品锻造过程；步骤7：锻造成形结束后空冷至后热处理，采用等温退火、正火、高温回火的工艺方法，实现组织均匀、晶粒细化。本发明解决特大型钢锭镦粗效果差、不能有效锻合中心部位原始铸态缺陷，锻造过程易开裂问题；实现了特大型钢锭心部铸态组织的破碎；保证了特大型钢锭中心缺陷的充分锻合提高最终锻件表面质量，保证最终成形过程中锥面完全充型。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域,涉及一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法。
背景技术
直径7.0-8.0m的大规格砧铁，作为海上液压打桩锤设备的重要零部件，长期依赖进口，制造周期长、价格高，大规格砧铁零件属于带一定锥度的大型圆饼类结构，采用常规的自由锻工艺方法，锥面部分按台阶锻出，成品零件锥面部分靠机械加工成形，这种结构锻件重量重，通常需要450t以上特大钢锭，造成了原材料的严重浪费和零件加工周期的延长，同时零件锥面打桩过程高应力区域的金属纤维流线被切断，极大的降低了综合机械性能，影响了零件的服役寿命；此大规格砧铁若采用传统锻造工艺因毛净比过大，超出最大自由锻压机锻造能力，已无法实现毛坯制造。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，缩短了加工周期，降低了制造成本。
本发明所采用的技术方案是，一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，具体步骤为：
步骤1：坯料选制预拔长；锻件制造原材料为450t以上特大型双真空圆柱形钢锭坯料，坯料原始高径比0.83-1.05，对坯料加热至1210-1230℃进行保温，通过对称的上平砧、下平砧对坯料进行预拔长，拔长比1.2-1.33，拔长后高径比H1/D1=1.3-1.6；
步骤2：在坯料水口端和冒口端分别锻制翻钢机和锻造操作机协同起吊翻转用的钳口；
步骤3：复合镦粗：将坯料垂直放置，冒口端钳口放置于镦粗漏盘中，水口端钳口上面放置环形盖板，通过环形盖板对坯料进行整体镦粗，镦粗至高径比H2/D2=1.0-1.12之间，再采用上平砧径向排砧镦粗至高径比H3/D3=0.55-0.63；
步骤4：复合拔长：首先将坯料放置于下平台上，操作机钳口夹持坯料冒口端，翻钢机配合夹持坯料水口端，采用上平砧、下平台对坯料进行非对称拔长，拔长4道次，拔长比1.26-1.31；然后采用对称的上平砧、下平砧进行WHF宽砧强压法拔长，拔长4-6道次，拔长比1.3-1.5；
步骤5：锥面预成形：将经S4复合拔长后的坯料进行滚圆拔长，气割切除水口端和冒口端钳口；然后将坯料加热至1250-1260℃，将加热后的坯料放置在中部设置倒置圆台形型腔的预成形锥形工装上，预成形锥形工装放置在回转台上，坯料上端放置镦粗盖板对坯料进行预镦粗，镦粗压下量为原始高度的35-45%，下端形成锥面部分已预成形的坯料；
步骤6：将S5预成形的坯料经1250-1260℃高温保温后，以预成形的锥面端部进行圆心定位，将坯料放置于中部设置倒置圆台形型腔的成形胎模中，成形胎模放置在回转台上，通过上平砧从坯料边缘向中心进行周向排砧旋压，每砧的周向搭接量25-35%，每周的径向进砧量为压下量的1.1-1.2倍，直至旋压至坯料中心位置，以成形胎模上平面与上平砧之间的高度确定最终锻件高度，完成砧铁锻件成品锻造过程；
步骤7：锻造成形结束后将砧铁锻件空冷至450-500℃，再装入热处理炉进行锻后热处理，采用等温退火、正火、高温回火的工艺方法，实现组织均匀、晶粒细化。
优选的，在步骤1中上平砧、下平砧的砧宽为1700mm以上。
优选的，在步骤2中钳口直径为1400-1500mm。
优选的，在步骤3中，环形盖板中部内环尺寸与水口端钳口尺寸相匹配。
优选的，在步骤4中非对称拔长过程中，上平砧砧宽1700-2200mm，下平台的长度＞4500mm；在拔长过程中每拔完一趟后，通过移动走料台把坯料移动到操作机侧，采用操作机和翻钢机同步动作配合完成大钢锭坯料的同步翻转、送料。
优选的，在步骤5中锥面预成形的坯料表面的氧化皮剥落面积达到85%以上，减少带入下一步骤胎模成形中的氧化皮，提高最终锻件表面质量；坯料锥面部分充型宽度大于锥形工装锥面宽度W的50%，保证下一步骤胎模成形在非闭式模锻条件下锥面完全充型。
优选的，所述的砧铁锻件直径为7.0-8.0m，锥面角度α为12.5°-20°，成形胎模型腔锥面角度γ=α，预成形锥形工装锥面角度β=α+26°。
优选的，在步骤7中等温退火温度为860-900℃，时间为30-40小时；正火温度830-870℃，时间为20-25小时；回火温度为620-660℃，时间为110-130小时。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，运用钢锭整体预拔长，解决特大型钢锭镦粗效果差、不能有效锻合中心部位原始铸态缺陷，锻造过程易开裂问题；通过复合镦粗法，实现了特大型钢锭心部铸态组织的破碎；运用复合拔长法，保证了特大型钢锭中心缺陷的充分锻合；利用专用工装预成形锥面，方便坯料在成形胎模中定位圆心，预形成锥面保证最终成形过程中锥面完全充型，提高最终锻件表面质量；锻后热处理工艺解决中心部位混晶问题，实现组织均匀、晶粒细化； 实现了大规格砧铁在自由锻设备上的近净成形。
附图说明
图1是本发明的步骤2中锻制的两端带钳口的坯料示意图。
图2是本发明的步骤3中坯料镦粗的剖视示意图。
图3是本发明的步骤4中坯料非对称拔长的剖视示意图。
图4是本发明的步骤4中坯料WHF法拔长剖视示意图。
图5是本发明的步骤5中坯料进行锥面预成形的预镦粗示意图。
图6是本发明的步骤6中坯料放入成形胎模中定位的剖视示意图。
图7是本发明的步骤6中坯料在成形胎模中进行周向排砧旋压的示意图。
图8是本发明的步骤6中完成坯料成品锻造的示意图。
图9是本发明的步骤3中对坯料径向排砧的布砧方式示意图；图中1、2、3、4、5、6代表上平砧依次的径向布置位置。
图10是本发明的步骤6中对坯料周向排砧的布砧方式示意图；图中1、2、3、4、5代表上平砧依次的周向布置位置。
图11是本发明的成形的砧铁锻件的示意图。
图中：1-坯料，2-冒口端钳口，3-水口端钳口，4-操作机，5-翻钢机，6-环形盖板，7-镦粗漏盘，8-上平砧，9-下平砧，10-下平台，11-预成形锥形工装，12-镦粗盖板，13-成形胎模。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步解释说明，不能以此限定本发明的保护范围，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
结合附图1-10的一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法， 具体步骤为：
步骤1：坯料1选制预拔长；锻件制造原材料为450t以上特大型双真空圆柱形钢锭坯料1，钢锭坯料1直径范围为7.0-8.0m，高度为1.0-1.4m，坯料1原始高径比0.83-1.05，对坯料1加热至1210-1230℃进行保温，通过对称的砧宽为1700mm的上平砧8、下平砧9对坯料1进行预拔长，拔长比1.2-1.33，拔长后高径比H1/D1=1.3-1.6；实现对特大型钢锭近表面分布范围达到150mm以上的柱状晶区铸态组织的破碎，减少后续锻造过程中表面开裂倾向。
步骤2：如图1所示，在坯料1水口端和冒口端分别锻制翻钢机5和锻造操作机4协同起吊翻转用的钳口；钳口直径1400-1500mm，冒口端钳口2用于操作机4夹持，水口端钳口3用于翻钢机5夹持。
步骤3：复合镦粗：如图2所示，将坯料1垂直放置，冒口端钳口2放置于镦粗漏盘7中，水口端钳口3上面放置环形盖板6，环形盖板6中部内环尺寸与水口端钳口3尺寸相匹配，通过环形盖板6对坯料1进行整体镦粗，镦粗至高径比H2/D2=1.0-1.12之间；如图9所示，再采用宽度1700mm的上平砧8对坯料进行径向排砧镦粗至高径比H3/D3=0.55-0.63；复合镦粗解决了超出最大锻造设备制造能力的问题，同时实现了心部铸态组织的破碎，达到组织的均匀化目的。
步骤4：复合拔长：如图3所示，首先将坯料1放置于下平台10上，操作机4钳口夹持坯料1冒口端，翻钢机5配合夹持坯料1水口端，采用砧宽1700-2200mm的上平砧8，长度＞4500mm的下平台10对坯料1进行非对称拔长，拔长4道次，拔长比1.26-1.31；然后如图4所示，采用砧宽1700-2200mm的对称的上平砧8和下平砧9进行WHF宽砧强压法拔长，拔长4-6道次，拔长比1.3-1.5；在拔长过程中每拔完一趟后，通过移动走料台把坯料1移动到操作机4一侧，采用操作机4和翻钢机5同步配合完成大钢锭坯料1的同步翻转、送料。
步骤5：锥面预成形：将经S4复合拔长后的坯料1进行滚圆拔长，气割切除水口端和冒口端钳口2；然后将坯料1加热至1250-1260℃，如图5所示，将加热后的坯料1放置在中部设置圆台形型腔的预成形锥形工装11上，预成形锥形工装11放置在回转台上，坯料上端放置镦粗盖板12对坯料1进行预镦粗，镦粗压下量为原始高度的35-45%，下端形成锥面部分已预成形的坯料1；其中，锻制成形要求的砧铁锻件锥面角度α为12.5°-20°，预成形锥形工装锥面角度β=α+26°，目视锥面预成形的坯料1表面的氧化皮剥落面积要达到85%以上，减少带入下一步骤胎模成形中的氧化皮，提高最终锻件表面质量，坯料1锥面部分充型宽度大于预成形锥形工装11锥面宽度W的50%，保证下一步骤胎模成形在非闭式模锻条件下锥面完全充型。
步骤6：胎模成形：将S5预成形坯料1经1250-1260℃高温保温，高温保温利于金属塑性成形，一火次完成最终毛坯成形，避免高温返炉造成晶粒粗大；如图6-8所示，将经过高温保温的坯料1放置于成形胎模13中，成形胎模13放置在回转台上，成形胎模型腔锥面角度γ与锻制成形要求的砧铁锻件锥面角度α一致，以预成形锥面端部进行圆心定位，保证坯料1成形充型；如图10 所示，通过上平砧8从坯料1边缘向中心进行周向排砧旋压，每砧的周向搭接量25-35%，每旋压一周向坯料1中心移动的径向进砧量为压下量的1.1-1.2倍，直至旋压至坯料1中心位置，以成形胎模13上平面与上平砧8之间的高度确定最终锻件高度，完成坯料1成品锻造过程；最终坯料1成品的锥面部分尺寸通过成形胎模13保证，只需控制毛坯成品总高度即可。
步骤7：锻造成形结束后空冷至450-500℃，装入热处理炉进行锻后热处理，采用温度为860-900℃，时间为30-40小时的等温退火、温度830-870℃，时间为20-25小时的正火、温度为620-660℃，时间为110-130小时的高温回火的工艺方法，实现组织均匀、晶粒细化，为UT检查做好组织准备；避免因锻件中心部位冷却条件差，传统正火工艺不能有效解决中心部位混晶问题。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (8)
1.一种超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：坯料选制预拔长；锻件制造原材料为450t以上特大型双真空圆柱形钢锭坯料，坯料原始高径比0.83-1.05，对坯料加热至1210-1230℃进行保温，通过对称的上平砧、下平砧对坯料进行预拔长，拔长比1.2-1.33，拔长后高径比H1/D1=1.3-1.6；
步骤2：在坯料水口端和冒口端分别锻制翻钢机和锻造操作机协同起吊翻转用的钳口；
步骤3：复合镦粗：将坯料垂直放置，冒口端钳口放置于镦粗漏盘中，水口端钳口上面放置环形盖板，通过环形盖板对坯料进行整体镦粗，镦粗至高径比H2/D2=1.0-1.12之间，再采用上平砧径向排砧镦粗至高径比H3/D3=0.55-0.63；
步骤4：复合拔长：首先将坯料放置于下平台上，操作机钳口夹持坯料冒口端，翻钢机配合夹持坯料水口端，采用上平砧、下平台对坯料进行非对称拔长，拔长4道次，拔长比1.26-1.31；然后采用对称的上平砧、下平砧进行WHF宽砧强压法拔长，拔长4-6道次，拔长比1.3-1.5；
步骤5：锥面预成形：将经S4复合拔长后的坯料进行滚圆拔长，气割切除水口端和冒口端钳口；然后将坯料加热至1250-1260℃，将加热后的坯料放置在中部设置倒置圆台形型腔的预成形锥形工装上，预成形锥形工装放置在回转台上，坯料上端放置镦粗盖板对坯料进行预镦粗，镦粗压下量为原始高度的35-45%，下端形成锥面部分已预成形的坯料；
步骤6：将S5预成形的坯料经1250-1260℃高温保温后，以预成形的锥面端部进行圆心定位，将坯料放置于中部设置倒置圆台形型腔的成形胎模中，成形胎模放置在回转台上，通过上平砧从坯料边缘向中心进行周向排砧旋压，每砧的周向搭接量25-35%，每周的径向进砧量为压下量的1.1-1.2倍，直至旋压至坯料中心位置，以成形胎模上平面与上平砧之间的高度确定最终锻件高度，完成砧铁锻件成品锻造过程；
步骤7：锻造成形结束后将砧铁锻件空冷至450-500℃，再装入热处理炉进行锻后热处理，采用等温退火、正火、高温回火的工艺方法，实现组织均匀、晶粒细化。
2.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤1中上平砧、下平砧的砧宽为1700mm以上。
3.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤2中钳口直径为1400-1500mm。
4.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤3中，环形盖板中部内环尺寸与水口端钳口尺寸相匹配。
5.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤4中非对称拔长过程中，上平砧砧宽1700-2200mm，下平台的长度＞4500mm；在拔长过程中每拔完一趟后，通过移动走料台把坯料移动到操作机侧，采用操作机和翻钢机同步动作配合完成大钢锭坯料的同步翻转、送料。
6.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤5中锥面预成形的坯料表面的氧化皮剥落面积达到85%以上，减少带入下一步骤胎模成形中的氧化皮，提高最终锻件表面质量；坯料锥面部分充型宽度大于预成形锥形工装锥面宽度W的50%，保证下一步骤胎模成形在非闭式模锻条件下锥面完全充型。
7.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：所述的成形胎模型腔锥面角度γ与锻制成形要求的砧铁锻件锥面角度α一致，预成形锥形工装锥面角度β比成形胎模型腔锥面角度γ大20°-30°。
8.根据权利要求1所述的超大规格砧铁锻件的复合锻造近净成形方法，其特征在于：在步骤7中等温退火温度为860-900℃，时间为30-40小时；正火温度830-870℃，时间为20-25小时；回火温度为620-660℃，时间为110-130小时。
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