大锻件 第6部分.pdf

第六部分大锻件的主要工序及相关问题
一、概述
1. 大锻件的锻造方法
在液压机上用通用的工具将锭坯锻制为锻件的压力加工方法。属液压机上自
由锻造方法。
2. 大锻件锻造的任务
z 改善内部质量:破碎铸造组织,锻合缩孔、疏松及气孔,细化晶粒。
z 成形:用最经济的方法将钢锭锻成接近目标零件的形状。
3. 锻造比(锻比)
z 概念:衡量锻件变形程度的指标。
锻比对铸态组织的改善、内部缺陷的锻合、组织的均匀化及力学性
能的提高具有极其重要的影响。是决定锻件质量最重要的参数。
z 锻比的计算方法
见表。
z 锻比的确定原则
对以纵向为主要受力方向的轴类锻件,拔长比应取 ~。若其横向为主
要受力方向,拔长锻比 y<。
封头、齿轮等以镦粗为最终工序的饼类锻件,镦粗比应 y>~。对要求
做端面探伤的饼类件,镦粗比 y<~。
对高碳合金钢,应采用镦粗—拔长复合工艺,总锻比 y>~。
对于钢锭,最小锻比 ymin 与其大小有关,可用下式计算(Q 为锭重)

ymin =
对于特别重要的锻件(电站转子等),其总锻比应不小于 ~,并应采取
特殊锻造方法。
火次锻比与加热温度有关,为同时考虑不出现晶粒粗化现象,基本符合高
温高锻比、低温低锻比的规律。(见表)

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z 典型锻件的锻比
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z 破碎粗大树枝状晶,获得均匀细小的等轴晶组织
经锻造变形,钢锭的原始粗大树枝晶被打碎,形成再结晶晶核,长大后便可
形成细小的等轴晶粒。

再结晶晶粒大小及均匀程度取决于化学成分、温度、应变、应变速率、变形
均匀性等热力学参数。
最后一火的变形程度需超过“临界变形程度”。对于无相变的护环钢、不锈钢
尤其重要,其锻造后无法通过热处理(重结晶处理)改善晶粒组织。
z 形成纤维组织
钢锭中的夹杂和一些化合物在锻造中也要随之变形。硅酸盐、氧化物、碳化
物、氮化物等脆性物质被打碎后,沿主变形方向呈链状分布。塑性较好的硫化
物沿主变形方向呈带状分布。从而在金属中形成纤维组织,也称流线。金属组
织具有了方向性。对于轧制的板材和型材更为明显。
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一旦形成明显的纤维组织,金属的力学、物理化学性能便出现方向性。

锻造中应按工件的性能需要,通过变形工艺控制流线的分布。
对于受力简单的立柱、曲轴等流线应与外形,即拉应力方向一致,避免切断
纤维。
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Forging Operation Procedure 7-1 of


对于以疲劳方式失效的轴承环、齿轮等零件,应避免使纤维在工作面切断露
头,否则该处作为微观缺陷,将成为疲劳源,在交变应力作用下会引发疲劳破
坏。
电站转子等受力复杂的零件,对各向异性要求十分严格,其流线不应有方向
性。
z 改善碳化物的分布
在高碳钢、高合金钢中存在大量的碳化物,若其分布积聚(网状分布)将使
性能大幅降低。锻造中可通过变形将其打碎,并使其均匀分布在钢中,达到钢的
设计性能。为此,需在各方向反复锻造。高速钢需采用十字或双十字锻造法,冷
轧辊必须镦粗。
z 减小或消除孔洞型缺陷
孔洞焊合的过程:通过高温变形使孔洞内壁闭合,进一步使闭合面两侧的原
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子恢复结合力,成为规则的晶格阵。
孔洞焊合的三个条件:
前提是孔洞未被氧化,且其中无夹杂物。即闭合面不能被其他异物分隔。
具有大的静水应力,即三向压应力。
具有足够大的变形。
具有高的锻造温度。
在压应力下产生足够大的变形。拉应力使孔洞扩大,压应力使孔洞减小。变
形越大,空洞越易闭合。高的锻造温度。高温使变形抗力减小;高温下原子活
动能力强,易于使闭合面两侧的原子扩散,实现焊合。
z 提高了金属性能
改善组织的结果必将是性能的提高。
碳素钢拔长变形中,随锻比增大,铸态组织被打碎,逐渐形成了再结晶细晶
组织,纵向、横向的σ s ,σ b ,ψ,δ,ak 均明显提高。但当锻比 y>2 时,强度指标
σ s ,σ b 不再提高,塑性和冲击韧性指标ψ,δ,ak 虽然继续提高,但纵向、横向出
现很大差异,横向明显低于纵向。当 Y>,横向塑性、韧性指标迅速下降。
这是因为此时已形成了明显的纤维组织。

镦粗时,金属沿径向流动,形成径向纤维,径向塑性、韧性提高。但纵向所
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有指标均降低。对