專利名稱：一種大型鋼質軸類鍛件的鍛造方法
技術領域：
本發明涉及鋼質軸類鍛件的加工方法，特別是涉及一種大型鋼質軸類鍛件的鍛造 工藝流程。
背景技術：
大型軸類鍛件一般是指重量為五噸以上的鍛件，鋼錠材質一般為中碳鋼，而鋼錠 中不可避免地存在一些疏松、氣泡等缺陷，這些缺陷的存在將嚴重降低零件的強度，因此最 終合格零件中不允許存在這些缺陷。大型軸類鍛件的加工流程一般為“鍛造——粗車—— 探傷——熱處理”，探傷的目的就是檢查工件鍛造之后是否還存在上述缺陷。如果在探傷 過程中發現存在內部缺陷，必須對鍛件進行重新鍛打，通過墩粗、拔長這些工序以及增大鍛 造比的方法來消除內部裂紋或洞穴。可以歸納為“先成形零件形狀再檢查材料質量”的流 程，而為了保證重新鍛打后能夠得到合格的零件，必須在最初確定坯料尺寸時留有充足的 余量，以保證重鍛后的最終尺寸不會小于實際零件的要求。在上述鍛造工序中，由于要滿足鍛件始鍛溫度及終鍛溫度的要求，一般分為5 6 次加熱分別對鍛件進行整體拔長及分段成形，但整體拔長時的單次變形量都比較小，往往 不能達到完全消除內部缺陷的效果，即使有些分段成形鍛造工步的單次變形量較大，也只 能對所加工的那些段具有較好的消除內部缺陷的功能，而在單次變形量不足的某些段上便 存在缺陷導致強度不足。因此探傷過程必不可少，重新鍛打也時常進行，這樣不僅造成了 材料浪費，還消耗更多的加工工時。例如某鑄鍛廠以前加工的一款大型軸類鍛件采用35號 鋼標準十噸八角鋼錠開坯，平均直徑為850mm，倒棱滾圓工步的變形量為12%，之后的兩次 整體拔長的單次變形量分別為16%和24%，再分成三段分別成形，最終直徑為350mm的大 端的單次變形量為27%，直徑為335mm的小端的單次變形量為30%，中間直徑為325mm的 較細段的單次變形量為32. 2%。鍛后采用射線無損探傷發現，在該大型軸類鍛件的中間段 和小端沒有缺陷，而大端常存在內部缺陷。雖然在鍛件的大端進行了四次鍛打，但最大單次 變形量為27%，這樣的變形量往往不足以消除材料的內部缺陷，當原始缺陷尺寸較小時可 以消除，而原始缺陷尺寸較大時則難以消除，因此一旦鍛后仍存在缺陷，就必須進行重新鍛 打。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種在零件成型前消除材料的內部缺陷的 大型鋼質軸類鍛件的鍛造方法。本發明將原來“先成形零件形狀再檢查材料質量”的流程改為“先保證材料質量再 成形零件形狀”，即最初的整體拔長工步采用較大的單次變形量，目的是消除材料的內部缺 陷，然后再按零件圖紙尺寸要求鍛造零件的外形。本發明在利用有限元分析軟件DEF0RM-3D 進行數值模擬的基礎上，并經過大量試驗，創造性發現，采用含碳量為0. 3% 0. 4%的中 碳鋼標準十噸八角鋼錠鍛造成形時要消除材料的內部缺陷，單次變形量應達到28. 5%以上，因此本發明將倒棱滾圓后的第一次整體拔長的變形量確定為29% 31%，這樣就可以 消除整個工件內部的缺陷，然后再按零件圖紙尺寸要求進行鍛造成形，并保證最終成形時 的變形量不小于20%，以提高材料的力學性能。經過這樣的鍛造工藝流程后，最終進行探傷 時發現零件已消除內部缺陷。本發明的目的通過如下技術方案實現一種大型軸類鍛件的鍛造方法，包括如下步驟(1)倒棱滾圓在始鍛溫度下，在鍛錘上對含碳量為0. 3% 0. 4%的中碳鋼標準 十噸鋼錠進行倒棱滾圓，在800°C以上的終鍛溫度達到變形量10% ；(2)首次整體拔長將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在900°C 的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量29 31%%，消除鍛件內部缺陷；(3)再次整體拔長將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在800°C 的終鍛溫度以上達到變形量15-20%(4)分段鍛造成形將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行分段成形，在 800°C的終鍛溫度以上達到零件所需要的尺寸，并使分段成形各段的變形量不小于20%。為進一步實現本發明目的，所述始鍛溫度優選為1200-1250°C。用平砧對含碳量為0. 3% 0. 4%的中碳鋼標準十噸鋼錠進行倒棱滾圓。所述分段成形各段的變形量優選為20-26%。與傳統大型軸類鍛件的鍛造流程相比，采用本發明具有如下優點1、提高了鍛件整體拔長時的單次變形量，有效地消除材料的內部缺陷，避免了重 新鍛打所造成的浪費；2、重新分配了各個鍛造工步的變形量，使得各工步變形量更為合理，降低了個別 工步的較大變形量，有利于降低鍛造變形力，從而減輕對機床造成的損傷，并實現理想的鍛 件材料力學性能。
圖1是本發明一種大型軸類鍛件的鍛件圖。圖2是本發明所述的標準十噸八角鋼錠。圖3是本發明一種30號鋼大型軸類鍛件的鍛造工藝流程。圖4是本發明一種35號鋼大型軸類鍛件的鍛造工藝流程。圖5是本發明一種40號鋼大型軸類鍛件的鍛造工藝流程。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但本發明所要求保護的范圍并不 局限于具體實施方式
中所描述的范圍。實施例1如圖2所示，一種大型軸類鍛件的材質為30號鋼標準十噸八角鋼錠開坯，該鍛件 的總長為1725mm，大端內切圓直徑為890mm，小端內切圓直徑為820mm ；經射線控傷檢測，材 料內部存在最大直徑約為2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程包括如圖3所示步驟(1)倒棱滾圓在1250°C的始鍛溫度下，在鍛錘上用平砧進行倒棱滾圓，在800°C的終鍛溫度以上達到變形量10%，直徑由平均850mm減小至770mm ；(2)首次整體拔長再將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔 長，在900°C的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量29%，直徑減小至550mm，以消除鍛件內 部缺陷；(3)再次整體拔長再將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔 長，在800°C的終鍛溫度以上達到變形量20%，直徑減小至440mm ；(4)分段鍛造成形再將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行分 段成形，在800°C的終鍛溫度以上達到圖1所示零件的尺寸要求大端的變形量為20%，直 徑減至350mm，長度為2650mm ；小端的變形量為24%，直徑減至335mm，長度為2250mm ；中間 較細段的變形量為26%，直徑減至325mm，長度為5200mm。其中變形量為29%的第一次拔長可消除材料的內部缺陷，經射線探傷檢測，材料 的內部缺陷得到了有效消除，最終材料抗拉強度達到500MPa，屈服強度達到300MPa。鍛造 流程中要求最終變形量不小于20%的目的是保證材料具有較好的力學性能。結果表明經過 本例的鍛造工藝流程，后面進行射線探傷時已得到合格的鍛件。實施例2如圖2所示，一種大型軸類鍛件的材質為35號鋼標準十噸八角鋼錠開坯，該鍛件 的總長為1725mm，大端內切圓直徑為890mm，小端內切圓直徑為820mm ；經射線探傷檢測，材 料內部存在最大直徑約為2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程包括如圖4所示步驟(1)倒棱滾圓在1250°C的始鍛溫度下，在鍛錘上用平砧進行倒棱滾圓，在800°C 的終鍛溫度以上達到變形量10%，直徑由850mm減小至770mm ；(2)首次整體拔長將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長， 在900°C的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量30%，直徑減小至540mm ；(3)再次整體拔長將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長， 在800°C的終鍛溫度以上達到變形量18%，直徑減小至440mm ；(4)分段鍛造成形將鍛件加熱到1250°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行分段 成形，在800°C的終鍛溫度以上達到下述變形量以達到圖1所示零件的尺寸要求大端的變 形量為20 %，直徑減至350mm，長度為2650mm ；小端的變形量為24 %，直徑減至335mm，長度 為2250mm ；中間較細段的變形量為26%，直徑減至325mm，長度為5200mm。其中變形量為30%的第一次拔長的目的便是消除材料的內部缺陷，經射線探傷 檢測，材料的內部缺陷得到了有效消除，最終材料抗拉強度達到530MPa，屈服強度達到 315MPa。鍛造流程中要求最終變形量不小于20%的目的是保證材料具有較好的力學性能。 結果表明經過這樣的鍛造工藝流程，后面進行射線探傷時已得到合格的鍛件。實施例3如圖2所示，一種大型軸類鍛件的材質為40號鋼標準十噸八角鋼錠開坯，該鍛件 的總長為1725mm，大端內切圓直徑為890mm，小端內切圓直徑為820mm ；經射線探傷檢測，材 料內部存在最大直徑約為2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程包括如圖5所示步驟(1)倒棱滾圓在1200°C的始鍛溫度下，在鍛錘上用平砧進行倒棱滾圓，在800°C 的終鍛溫度以上達到變形量10%，直徑由850mm減小至770mm ；(2)首次整體拔長再將鍛件加熱到1200°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在900°C的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量31%，直徑減小至530mm ；(3)再次整體拔長再將鍛件加熱到1200°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔 長，在800°C的終鍛溫度以上達到變形量17%，直徑減小至440mm ；(4)分段鍛造成形再將鍛件加熱到1200°C的始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行分 段成形，在800°C的終鍛溫度以上達到下述變形量以達到圖1所示零件的尺寸要求大端的 變形量為20 %，直徑減至350mm，長度為2650mm ；小端的變形量為24%，直徑減至335mm，長 度為2250mm ；中間較細段的變形量為26%，直徑減至325mm，長度為5200mm。其中變形量為31%的第一次拔長的目的便是消除材料的內部缺陷，經射線探傷 檢測，材料的內部缺陷得到了有效消除，最終材料抗拉強度達到570MPa，屈服強度達到 335MPa。鍛造流程中要求最終變形量不小于20%的目的是保證材料具有較好的力學性能。 結果表明經過這樣的鍛造工藝流程，后面進行射線探傷時已得到合格的鍛件。與傳統中碳鋼標準十噸八角鋼錠鍛造軸類鍛件相比，由于將整體拔長時的單次變 形量提高到28. 5%以上，達到了 29% 31%，有效地消除鍛件的內部缺陷，避免了因鍛后 發現內部缺陷而重新鍛造所帶來的浪費。同時，最大單次變形量由傳統鍛造時的32. 2%降 低到了 29 % 31 %，從而降低了鍛造變形力。
權利要求
一種大型軸類鍛件的鍛造方法，其特征包括如下步驟(1)倒棱滾圓在始鍛溫度下，在鍛錘上對含碳量為0.3％～0.4％的中碳鋼標準十噸鋼錠進行倒棱滾圓，在800℃以上的終鍛溫度達到變形量10％；(2)首次整體拔長將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在900℃的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量29～31％％，消除鍛件內部缺陷；(3)再次整體拔長將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在800℃的終鍛溫度以上達到變形量15 20％；(4)分段鍛造成形將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行分段成形，在800℃的終鍛溫度以上達到零件所需要的尺寸，并使分段成形各段的變形量不小于20％。
2.根據權利要求1所述的一種大型軸類鍛件的鍛造工藝流程，其特征在于所述始鍛 溫度為 1200-1250°C。
3.根據權利要求1所述的一種大型軸類鍛件的鍛造工藝流程，其特征在于用平砧對 含碳量為0. 3% 0. 4%的中碳鋼標準十噸鋼錠進行倒棱滾圓。
4.根據權利要求1所述的一種大型軸類鍛件的鍛造工藝流程，其特征在于所述分段 成形各段的變形量為20-26%。
全文摘要
本發明公開了一種大型軸類鍛件的鍛造方法，包括在含碳量為0.3％～0.4％的中碳鋼標準八角鋼錠開坯、倒棱滾圓、首次整體拔長、再次整體拔長和分段鍛造成形等步驟。首次整體拔長是將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在900℃的有效孔洞焊合溫度以上達到變形量29～31％％，以消除鍛件內部缺陷；再次整體拔長是將鍛件加熱到始鍛溫度，在鍛錘上用平砧進行拔長，在800℃的終鍛溫度以上達到變形量15-20％；最后分段鍛造成形時各段的單次變形量應不小于20％。本發明方法不僅保證了有效消除材料的內部缺陷，減少材料及工時浪費，而且更加合理地分配了各工步的變形量，有利于降低鍛造變形力，并實現理想的材料力學性能。
文檔編號B21K1/06GK101920304SQ20101021567
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者周馳, 夏琴香, 宋阿生, 宗偉奇, 梁衛良, 程秀全, 黃蘇, 黎明 申請人:華南理工大學