大型自由鍛造技術(shù)研究
2021-09-15 17:18
鍛造廠
從事大型自由鍛造技術(shù)工作，需要具備一套完整的高溫塑性變形理論基礎(chǔ)和靈活的工藝思路,需要熟知鋼錠的冶煉過程、澆注、去應(yīng)力退火、化學(xué)分析、加熱、鍛造、鍛后處置、鍛后熱處理、機(jī)加工、無損檢測、性能熱處理，直到產(chǎn)品精加工交貨的全系統(tǒng)知識。遇到問題時(shí)，能運(yùn)用熱力學(xué)原理去分析判別等。
鍛造壓合內(nèi)部孔洞性缺陷時(shí),人們還是喜歡從應(yīng)力的角度去考慮問題,常常把三向壓應(yīng)力作為鍛合內(nèi)部孔洞的最有力條件。其實(shí)這并不是充分條件。為了避免坯料中心出現(xiàn)拉應(yīng)力，使用上下平砧拔長時(shí)，需要砧寬比≧0.8才行；采用FM法拔長時(shí),砧寬比必須≧0.77。這樣苛刻的條件，在大形鍛件的拔長過程中是很難實(shí)現(xiàn)的,況且使用太寬的砧子，壓機(jī)的能力也不夠。在砧下的剛性區(qū)，當(dāng)砧寬比非常大時(shí),還會(huì)產(chǎn)生RST效應(yīng)的內(nèi)部撕裂,這時(shí)可能都處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，但是這里的孔洞是不會(huì)閉合的。相反,在拉拔成形時(shí)的一向拉應(yīng)力、兩向壓應(yīng)力狀態(tài)，倒是很容易閉合內(nèi)部孔洞。另外,應(yīng)力狀態(tài)只代表瞬間的情況，它在變形過程中是不斷變化的，也不可以累計(jì)和疊力口。所以,在鍛造過程中，三向壓應(yīng)力狀態(tài)既難以控制,也難以計(jì)算。如果以孔洞閉合時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為臨界條件，那肯定是不行的，因?yàn)檫@種瞬時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)到處都會(huì)出現(xiàn)。所以，僅從三向壓應(yīng)力 角度上探討孔洞閉合的意義不大。
相反，應(yīng)變狀態(tài)是可以疊加和累計(jì)計(jì)算的。為了使坯料中心的壓應(yīng)變達(dá)到最大，使用上下平站拔長，砧寬比多0.51即可;采用FM法拔長時(shí)，砧寬比應(yīng)≧0.4即可。所以，完全沒有必要去追求太大的砧寬比和三向壓應(yīng)力狀態(tài)。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，孔洞閉合度A與最大壓應(yīng)變&成線性關(guān)系，當(dāng)某一方向的最大壓應(yīng)變疊加達(dá)到一定值時(shí)，這里的孔洞就被完全壓合了。所以，在壓合內(nèi)部孔洞的過程中,壓應(yīng)變起著主導(dǎo)作用。
鐓粗只作為輔助手段
拔長鍛造為三維變形,是壓合內(nèi)部孔洞、破碎粗晶、改善偏析的最有效手段。鋼錠中的內(nèi)部孔洞性缺陷基本上是呈軸線方向分布的，這也是由于結(jié)晶方向所決定的。因此，垂直于鋼錠軸線方向的拔長變形能使孔洞盡快被壓合與焊合。同時(shí)，最大壓應(yīng)變的方向往往也接近于拔長的壓下方向。所以,拔長鍛造是能使孔洞閉合的最短路徑。
鐓粗為軸對稱變形，也通常被學(xué)者們稱為“兩維半”變形。在鐓粗的開始階段，鋼錠心部的孔洞是往橫向擴(kuò)展的，直至髙徑比達(dá)到1:1以下，孔洞才開始收縮。但是要壓合心部的孔洞，需要高徑比達(dá)到8:3以上。顯然，把鋼錠鐓成這樣扁的形狀是不可能、也沒有必要的。鐓粗可以增大坯料的截面積，實(shí)質(zhì)上是增大拔長的鍛比。但是，如果根據(jù)有效壓實(shí)法的工藝準(zhǔn)則判別，在使用一定砧寬的條件下,鋼錠直接拔長就能夠滿足壓實(shí)鍛透的話，那就沒有必要進(jìn)行鐓粗。只有在有效拔長趟數(shù)不足時(shí),需要增大一點(diǎn)坯料的直徑，那么只要鐓粗到能夠滿足的直徑即可，完全沒有必要鐓粗得太大。因?yàn)槟菚?huì)延長拔長時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。所以，在制定鍛造工藝時(shí),鐓粗只是作為一種輔助手段。當(dāng)然，在許多鍛件成形的過程中，鐓粗還是必不可少的。
在大型自由鍛造的工藝過程中，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是必須要首先考慮的:一是有效壓實(shí)鍛透;二是防止RST效應(yīng)。
當(dāng)鍛造工具與坯料的兩個(gè)方向的接觸尺寸都大于坯料高度時(shí)，在較大的變形條件下，就會(huì)發(fā)生內(nèi)部滑動(dòng)撕裂效應(yīng)，稱為RST效應(yīng)。尤其在薄餅、薄板及細(xì)軸類鍛件中容易發(fā)生該現(xiàn)象。
因此，在編制工藝或?qū)Π嘟M進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)砧寬比永遠(yuǎn)小于1。并且，在編制薄餅和薄板類鍛件的工藝時(shí)，必須要給出成形前最后兩趟的限制性進(jìn)砧寬度和壓下量程序。那么，當(dāng)鍛件既已被壓實(shí)鍛透，致密度很高，又沒有內(nèi)部撕裂，鍛后處置及熱處理一切正常時(shí)，還出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷，就只剩下原材料本身的問題了。
相反，應(yīng)變狀態(tài)是可以疊加和累計(jì)計(jì)算的。為了使坯料中心的壓應(yīng)變達(dá)到最大，使用上下平站拔長，砧寬比多0.51即可;采用FM法拔長時(shí)，砧寬比應(yīng)≧0.4即可。所以，完全沒有必要去追求太大的砧寬比和三向壓應(yīng)力狀態(tài)。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，孔洞閉合度A與最大壓應(yīng)變&成線性關(guān)系，當(dāng)某一方向的最大壓應(yīng)變疊加達(dá)到一定值時(shí)，這里的孔洞就被完全壓合了。所以，在壓合內(nèi)部孔洞的過程中,壓應(yīng)變起著主導(dǎo)作用。
鐓粗只作為輔助手段
拔長鍛造為三維變形,是壓合內(nèi)部孔洞、破碎粗晶、改善偏析的最有效手段。鋼錠中的內(nèi)部孔洞性缺陷基本上是呈軸線方向分布的，這也是由于結(jié)晶方向所決定的。因此，垂直于鋼錠軸線方向的拔長變形能使孔洞盡快被壓合與焊合。同時(shí)，最大壓應(yīng)變的方向往往也接近于拔長的壓下方向。所以,拔長鍛造是能使孔洞閉合的最短路徑。
在大型自由鍛造的工藝過程中，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是必須要首先考慮的:一是有效壓實(shí)鍛透;二是防止RST效應(yīng)。
當(dāng)鍛造工具與坯料的兩個(gè)方向的接觸尺寸都大于坯料高度時(shí)，在較大的變形條件下，就會(huì)發(fā)生內(nèi)部滑動(dòng)撕裂效應(yīng)，稱為RST效應(yīng)。尤其在薄餅、薄板及細(xì)軸類鍛件中容易發(fā)生該現(xiàn)象。
因此，在編制工藝或?qū)Π嘟M進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)砧寬比永遠(yuǎn)小于1。并且，在編制薄餅和薄板類鍛件的工藝時(shí)，必須要給出成形前最后兩趟的限制性進(jìn)砧寬度和壓下量程序。那么，當(dāng)鍛件既已被壓實(shí)鍛透，致密度很高，又沒有內(nèi)部撕裂，鍛后處置及熱處理一切正常時(shí)，還出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷，就只剩下原材料本身的問題了。
