1、 西安航空职业技术学院 毕 业 论 文 论文题目： 大型锻件自由锻成形质量控制方法研究 所属学院： 航空材料工程学院 指导老师： 耿 佩 职 称 ： 助 教 学生姓名： 何娅娅 班级学号：13803116 专 业： 材料成型与控制技术西安航空职业技术学院制2015年11月9日整理为word格式西安航空职业技术学院毕业论文任务书题目： 大型锻件自由锻成形质量控制方法研究任务与要求： 1.查阅大量文献与书籍资料先了解什么是大型锻件自由锻成形； 2.了解大型锻件自由锻过程中会出现哪些缺陷； 3.分析每种缺陷产生原因；4.对每种缺陷找出理论上防止缺陷产生 的方法 ；5.完成毕业设计论文。时 间： 20
2、15年 11月9日 至 2015年 1月 1日 共 8 周所属系部： 航空材料工程学院学生姓名： 何娅娅 学 号：13803116专 业： 材料成型与控制技术指导单位或教研室： 材控教研室指导教师：耿 佩 职 称： 助 教西安航空职业技术学院制2015年11月9日整理为word格式毕业设计(论文)进度计划表日期 期工 作 内 容执 行 情 况 指导 教师签 字按照68个阶段填写进度计划教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。整理为word格式 系毕业设计(论文)教师指导记录表指导教师职称教研室学生姓名题目 专业 班级第一次指导指导时间：指导内容：第二次指
3、导指导时间：指导内容：第三次指导指导时间：指导内容： 注：本表由指导教师根据毕业设计(论文)指导工作方案和实际情况填写，在指导工作完成后交系（部）保存，作为计算教师指导工作量的主要依据之一。整理为word格式大型锻件自由锻成形质量控制方法研究【摘要】大型锻件是国家重大技术装备和重大工程建设所需要的重要基础部件，比如电力、石化、造船、交通、军工、重矿机械、航空航天工业设备生产都离不开大型锻件，其成形质量直接决定着重大技术装备的制造能力和水平。因此，大型锻件产业的发展是衡量一个国家工业水平和国防实力的标志之一。本论文主要阐述了大型自由锻件的成形过程中缺陷种类，以及关键影响因素，并归纳了提高大型自由
4、锻件成形的有效方法，最后基于现有技术水平，总结出了最新用于提高大型锻件自由锻成形质量控制方法。关键词：大型自由锻件，缺陷，质量控制Abstract: The large castings and forgings are countries of major technical equipment and major project construction important component, such as electric power, iron and steel, petrochemical, shipbuilding, transportation, military, hea
5、vy mining machinery, aerospace and industrial equipment production are inseparable from it, its manufacturing capacity and the level directly determines the major technology and equipment manufacturing capacity and the level. Therefore, the development of large casting and forging industry is one of
6、 the marks of a countrys industrial level and national defense strength. This paper mainly expounds the kinds of defects in the forming process of large forgings, and key influencing factors, and summarizes the effective method to improve the forming of large forgings, finally, based on present tech
7、nology, summed up the latest to improve large forgings forging into morphological quantity control method.Key words: Large free forging，Defect，Quality Control整理为word格式目 录第1章 大型锻件自由锻71.1 XXXXX71.1.1 XXXX71.1.2 XXXX72 XXXX82.1 XXXXX82.1.1 XXXX82.1.2 XXXX8结 束 语9谢 辞10文 献11整理为word格式1 大型锻件自由锻大型锻件，通常是指在500
8、800吨以上自由锻造机上用特殊钢锻造的锻材锻件，产品综合性能要求高、工艺复杂、多为特殊定制，主要用于制造重大装备的关键和重要部件，如汽轮机主轴和转子、船用锻件和冶金轧辊等。自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧两面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。1.1 自由锻特点自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低，自由锻造同时也消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有较高的力学性能。自由锻件形状简单，操作灵活。因此，它在重型机器及重要零件的制造上有着重要的意义。自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以自由锻件精度低，加工余
9、量大，劳动强度大，生产率也不高，因此主要应用于单件、小批量生产。1.2 自由锻分类及主要设备 根据锻造设备的类型及作用力性质的不同，自由锻可分为手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻主要用于生产小型锻件，它是利用简单的工具靠人力直接对坯料进行锻打而获得所需锻件的一种方法。机器自由锻造简称自由锻，它是依靠转移的自由锻设备和专用工具对坯料进行锻打，来改变坯料的尺寸，形状和性能，从而获得所需锻件的一种加工方法。其中机器自由锻主要用以锻造大型或者较大型的自由锻件。自由锻造的设备分为锻锤和液压机两大类。生产中使用的锻锤有空气锤和蒸汽空气锤。液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，是生产大型锻件的唯一方式。1
10、3 自由锻工序通常将自由锻工序按其性质和作用分为三大类：基本工序、辅助工序和修整工序。1.4.1 基本工序（每种工序后面添加相应的工序图）基本工序能较大幅度地改变坯料形状和尺寸，是锻件变形与变性的核心工序，也是自由锻的主要变形工序。其包括：镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移、扭转等。1.4.1.1 镦粗整理为word格式镦粗是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行，可以改善合金钢中的碳化物的形态和分布状态。镦粗主要有三种形式：完全镦粗、端部镦粗、中间镦粗。1.4.1.2 拔长拔
11、长也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有：在平砧上拔长、在芯棒上拔长。1.4.1.3 冲孔冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有：双面冲孔法、单面冲孔法。弯曲是采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序。1.4.1.4 切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序。1.4.1.5 错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。1.4.1.6 弯曲弯曲是将坯料弯曲成规定外形的锻造工序。这种方法可用于锻造
12、各种弯曲类锻件，如起重吊钩、弯曲轴杆等。1.4.2 辅助工序 辅助工序是为了配合完成基本变形工序而做的工序。如预压夹钳把、钢锭倒棱、缩颈倒棱、阶梯轴分段压痕等。1.4.3 修整工序休整工序是当锻件在基本工序完成后，对其形状和尺寸作进一步精整，使其达到所要求的形状和尺寸的工序。如镦粗后对鼓形面的滚圆和滚圆、凹凸面和翘曲面的压平和压痕面的平整、端面平整、锻斜后或拔长后弯曲的校直和校正等。1.5 大型自由锻件的工业应用（若能找到相应的图，插入更好）大型自由锻件广泛用于重大技术装备制造，是石油钻井、冶金、电力、造船、港口机械、包装机械、航天航空等行业必需的基础行业。在重型机械设备、冶金业中的轧钢设备、
13、兵器与航空航天工业、石油、化工、舰船制造、机车车辆等装备中有着广泛的使用。大型自由锻件按其用途可以分为以下几种：飞机锻件、柴油机锻件、船用锻件、兵器锻件、石油化工锻件、矿山锻件、核电锻件、火电锻件和水电锻件。整理为word格式1.5.1 飞机锻件按重量计算，飞机上有85%左右的构件是锻件。飞机发动机的涡轮盘、后颈轴、叶片、机翼的鼻梁，机身的肋筋板、轮支架等都是涉及飞机安全的重要锻件。1.5.2 柴油机锻件柴油机是动力机械的一种，它常用来作发动机。大型柴油机中，所用的大型锻件有气缸盖、主轴颈、曲轴端法兰输出端轴、连杆、活塞杆、十字头销轴、曲轴传动齿轮、染油泵体等。1.5.3 船用锻件船用锻件可分
14、为三大类：主轴锻件、轴系锻件和舵系锻件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、中间轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。1.5.4 兵器锻件锻件在兵器工业中占有及其重要的地位。按重量计算，在坦克中有60%是锻件，火炮中的炮管、炮口制退器和炮尾，火箭和潜艇深水炸弹发射装置和固定座、核潜艇高压气冷却器阀体等。1.5.5石油化工锻件锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如：法兰、热换器所需的各种管板、压力容器、加氢反应器所用的筒节，化肥设备所用的顶盖、底盖、封头等都是锻件耐磨焊条。1.5.6 矿山锻件按重量计算，矿山设备中锻件的比重为1224%。大型锻件在矿山设备中的应用有：采掘设备、卷扬设备、破
15、碎设备、研磨设备、洗选设备、烧结设备等。1.5.7 核电设备核电分为压水堆和沸水堆两类。核电站主要的大型锻件可分为压力壳和堆内构件两大类。压力壳含：筒体法兰、管嘴段、上部筒体、筒体过渡段等。整理为word格式1.5.8 火电、水电锻件火力发电设备中有四大关键锻件，即汽轮发电机的转子和护环，以及汽轮机中的叶轮与汽轮机转子。水力发电站设备中的重要锻件有水轮机大轴、水轮发电机大轴、镜板、推力头等。2 大型锻件自由锻中产生的缺陷整理为word格式大型锻件中的缺陷，从性质上分为化学成分、组织性能不合格，第二相析出，类空隙性缺陷和裂纹五大类。从缺陷的产生方面可分为，在冶炼、出钢、注锭或热送过程中产生的原材
16、料缺陷及在加热、锻压、锻后冷却过程中产生的锻件缺陷两大类。大型自由锻造中，由于截面尺寸大，加热、冷却时，温度的变化和分布不均匀性大，锻压变形时，金属塑性流动差别大，加上钢锭大冶金缺陷多，因而容易形成一些不同于中小型锻件的缺陷。如严重偏析和疏松，密集性夹杂物，发达的柱状晶及粗大不均匀结晶，敏感开裂与白点倾向，晶粒遗传性与回火脆性，组织性能的严重不均匀性，形状尺寸超差等等。大型锻件自由锻中常见的主要缺陷有：2.1偏析 钢中化学成分与杂质分布不均匀的现象，称为偏析。一般将高于平均成分者，称为正偏析，低于平均成分者，称为负偏析。现有宏观偏析，如区域偏析与微观偏析，枝间偏析与晶间偏析之分。2.1.1 区
17、域偏析区域偏析属于宏观偏析，是由钢液在凝固过程中选择结晶，融化度变化和比重差异引起的。如钢中气体在上浮过程中带动富集杂志的钢液上升的条状轨迹，形成须状形偏析。顶部先结晶的晶体和高熔点的杂志下沉，仿佛结晶雨下落形成的轴心形偏析。沉淀于锭底形成负偏析沉积堆。最后凝固上部区域，碳、硫、磷等偏析元素富集，成为缺陷较多的正偏析区。如图2-1-1为我国解剖的55t34CrMolA钢锭纵剖面硫印低倍照片及区域偏析示意图。图2-1 钢锭区域偏析硫印示意图(图或表的标题要比正文小一号。用五号字体，把后面都修改）整理为word格式2.1.2 枝晶偏析枝晶偏析属于微观偏析。树枝状结晶与晶间微区成分的不均匀性，可能引
18、起组织的不均匀分布。一般可以采用扫描电镜（SEM）、波普仪（WDS）、能谱仪（EDS）、进行微区观察和成分分析可以检出并阐明枝晶偏析的原因。2.2 夹杂物与有害微量元素夹杂物按其来源可分为内生夹杂与外来夹杂两种。2.2.1内生夹杂物常见的内生夹杂物主要有硫化物、硅酸盐、氧化物等。它们在钢中的数量和组成与钢的成分、冶炼质量、浇注过程以及脱氧方法有关。熔点高的内生夹杂，由于受以凝固金属的限制，形状多为球或条状、枝晶状沿晶界分布。硫化物与塑性较好的硅酸盐组员，当钢锭经锻压变形时，沿主变形方向延伸，呈条带状。如图2-2-1表示的是34CrNi3Mo转子钢中拉长的MnS夹杂形状。而氧化物及塑性较差的硅酸
19、盐夹杂，在锻压变形时被破碎成小颗粒，呈链球状分布。如图2-2-2为沿变形方向分布的链状氧化物夹杂。尺寸细小，弥散分布的内生夹杂，多为微观缺陷，危害程度较小。而大片或密集云团状分布的夹杂构成宏观缺陷，对锻件使用有极不良的影响，容易引发严重的失效事故。图2-2 34CrNi3Mo转子钢中拉长的MnS夹杂形状沿图2-3 变形方向分布的链状氧化物夹杂整理为word格式2.2.2 外来夹杂物外来夹杂物指混入钢中的炉渣、保护渣、氧化膜、耐火材料和异金属块等。通常外来夹杂较粗大，严重分布将破坏钢的连续性而报废。2.3 缩孔与疏松该类孔隙性缺陷，破坏金属连续性，形成应力集中与裂纹源，属于不允许的缺陷。钢锭开坯
20、时切除量不够，残留缩孔及疏松，表现为锻件端头有管状孔穴或者严重中心疏松。如图2-3为9Cr2Mo钢制冷轧辊，因钢锭浇注温度偏低，冒口补缩不良，缩口深入到锭身区，锻造时未能完全切除而形成缩孔残余。图2-4 锻件中缩孔残余横向试片上的宏观形貌图2.4 气泡完全气泡分为内部气泡和皮下气泡两种:2.4.1内部气泡钢中气体由炉料、炉气、空气进入，当冶炼时脱氧不良，沸腾排气不充分，则钢液中气体含量过多，凝固过程中，随温度降低，气体溶解度下降而由钢液中析出，形成内部气泡。2.4.1 皮下气泡当钢锭模壁潮湿、锈蚀、涂料中含有水分或挥发性物质，在注入高温钢水时产生气体向钢锭表层渗透，形成皮下气泡。2.5 锻造裂
21、纹在大型自由锻造过程中，当原材料质量不良或锻造工艺不当时，常易产生锻造裂纹。下面是几种材质不良引起的锻造裂纹的情况：2.5.1 钢锭缺陷引起的锻造裂纹整理为word格式大部分钢锭缺陷，锻造时都可能造成开裂，如图2-4-1为2Cr13主轴锻件中心裂纹。这是因为该6t钢锭凝固时结晶温度范围窄，线收缩系数大。冷凝补缩不足，内外温差大，轴心拉应力大，沿枝晶开裂，形成钢锭轴心晶间裂纹，该裂纹在锻造时进一步扩展而成主轴锻件中心裂纹。图2-5 2Cr13主轴锻件中心裂纹2.5.2 钢中有害杂质沿晶界析出引起的锻造裂纹 钢中的硫常以FeS形式沿晶界析出，其熔点仅有982，在1200锻造温度下，晶界上FeS将发
22、生熔化，并以液态薄膜形式包围晶粒，破坏晶粒间的结合而产生热脆，轻微锻击就会开裂。 钢中含铜在11001200温度下的过氧化性加热时，由于选择性氧化，表层会形成富铜区，当铜在奥氏体中溶解时，铜则以液态薄膜形式分布于晶界，形成铜脆，不能锻造成形。如果钢中还存在锡、锑还会严重降低铜在奥氏体中的溶解度，加剧这种脆化倾向。如图2-4-2为16Mn钢锻件网状裂纹，因含铜量过高，锻造加热时，表面选择性氧化，使铜沿晶界富集，锻造裂纹沿晶界富铜区扩展而形成。图2-6 16Mn钢锻件网状裂纹2.5.3 异相引起的锻造裂纹整理为word格式钢中第二相的力学性能往往和金属基体有很大的差别，因而在变形流动时会引起附加应
23、力，导致整体工艺塑性下降，一旦局部应力超过异相与基体间结合力时，则发生分离形成孔洞。例如钢中氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸盐等等。假如这些相呈密集、链状分布，尤其在沿晶界结合力薄弱处存在，高温锻压就会开裂。2.6 过热、过烧与温度不均加热温度过高或高温加热时间过长时易引起过热、过烧。过热使材料的塑性和冲击韧性显著降低。过烧时材料的晶界剧烈氧化或者熔化，完全失去变形能力。当加热温度分布严重不均匀，表现为锻坯内外、正反面、沿长度温差过大，在锻造时引起不均变形，偏心锻造等缺陷，也称欠热。如图2-5-1为5tPCrNi3Mo钢锻坯过热组织，因加热温度过高引起的过热特征。如图2-5-2为G
24、Cr15SiMn锻件过烧引起的裂纹，晶界上有熔化痕迹以及低熔点析出相，裂纹沿晶界扩展。图2-7 5tPCrNi3Mo钢锻坯过热组织整理为word格式图2-8 GCr15SiMn锻件过烧组织2.7 白点沿晶白点是锻件在锻后冷却过程中产生的一种内部缺陷。其形貌在横向低倍试片上为细发丝状锐角裂纹，断口为银白色斑点。如图2-7为Cr-Ni-Mo钢锻件纵向断口上的白点。其形状不规则，大小悬殊。白点实质是一种脆性锐边裂纹，具有极大的危害性，是马氏体和珠光体中十分危险的缺陷。白点成因是钢中氢在应力作用下向拉应力富集，使刚产生所谓氢脆，发生脆性断裂，所以氢和附加应力联合作用是白点产生的原因。图2-9 Cr-N
25、i-Mo钢锻件纵向断口上的白点形貌2.8 组织性能不稳定大型锻件因其尺寸大，工序多，周期长，工艺过程中不均匀，不稳定因素多，所以常常造成组织性能严重不均匀，以致在力学性能试验，金相组织检查和无损探伤时不能通过。由于钢锭中化学成分偏析，夹杂物聚集，各种孔隙性缺陷的影响；加热时温度变化缓慢，分布不均，内应力大，缺陷较多；高温长时间锻造，局部受力局部变形，塑流状况、压实程度、变形分布差异较大；冷却时扩散过程缓慢，组织转变复杂，附加应力大。以上各因素都有可能导致组织性能严重分布不均匀，质量不合格。3 影响因素及控制方法3.1 大型自由锻件质量影响因素钢锭常常作为大型自由锻件的原材料，钢锭内部组织结构取
26、决于浇注时钢液在锭模内的结晶条件，即结晶热力学和结晶动力学。钢液在钢锭内各处的冷却与传热条件很不均匀，钢液由模壁向锭心、由底部向冒口逐渐冷凝选择结晶、化学成分及夹杂物分布不均。如图3-1钢锭纵剖面组织结构图可知，钢锭内部缺陷主要集中在冒口、底部及中心部分，其中冒口和底部作为废料应予切除；如果切除不彻底，就会遗留在锻件内部而使锻件成为废品。整理为word格式钢锭中存在的缺陷，它们的性质、特征、及其分布情况对锻造工艺和锻件质量都有影响。这些缺陷的形成与冶炼、浇注和结晶过程密切相关，虽然由于冶金技术的完善，钢锭的纯净度有了显著提高，但是疏松等一些缺陷还是无法避免的。锻造的锻件越大，使用的钢锭原材料越
27、大，其组织中的缺陷越严重，这往往是造成大型锻件报废的主要原因。图3-1 钢锭纵剖面组织结构图3.1.1 熔炼工艺熔炼，是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉熔化并调制，炉料在高温炉内物料发生一定的物理、化学变化，产生粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。熔炼的工艺流程为：原材料、辅料准备配料电炉初炼LF炉精炼真空脱气钢锭浇注模冷脱模精整检验入库。在工艺流程中的每一项工艺要求和操作要点都会对锻件的质量产生影响，以下为熔炼工艺要求和操作要点：3.1.1.1 原材料、辅料的要求1） 废料应清洁、无油污和杂质；2） 炼钢生铁要求清洁、干燥，成分明确并符合标准3） 合金炉料应保证成分明确，清洁，干燥，符
28、合技术标准；4） 保护渣、绝热保温冒口应符合钢锭浇注规定要求，并充分干燥。3.1.1.2 配料要求整理为word格式1）严格按照钢种控制成份进行配料；2）计量要准确，装炉要紧密，要易于导电。3.1.1.3 电炉初炼、精炼要求1) 控制好供氧量，炉料全部熔清；2) 合理供电曲线，控制好熔清和氧化期，温度变化，缩短氧化期冶炼时间；3) 控制好吹氩压力，总的原则是钢水表面翻小泡为好，不能大翻，否则增加钢中夹杂物含量，影响吹氩效果。3.1.1.4 浇注1) 浇注前准备工作：a、检查钢锭模内表面是不是清洁，干燥；b、检查平板砌筑，冒口摆放是不是符合要求，保护渣加入是不是符合；c、检查模子是不是摆准、摆正
29、2) 浇注：a、浇注前测量钢水量，减少测量失误；b、开浇前对准浇口，钢包水口与喇叭口相差200mm为准；c、控制好保护渣的加入量，操作过程中，如果发现保护渣发红时，可补加适量，保持保护渣不发红为止，直至浇注完毕；d、根据钢水温度控制好浇筑速度，做到“高温慢浇、低温快注”的原则。3) 钢锭冷却制度：钢锭冷却时可采用模冷的方法对其冷却，也可采用缓冷模冷的的方法，其缓冷模冷时间如表3-1。表3-1 钢锭缓冷模冷时间3t锭以下5t锭10t锭15t锭12h24h36h48h3.1.2 锻造比锻造比是锻件在锻造成形时变形程度的一种表示方法，通常用锻坯变形前后的横截面面积之比，长度之比或高度之比来表示。锻
30、造比不但是表示锻造塑性变形程度的一个几何参数，而且是影响锻造效果及力学性能的一个重要物理参数，是衡量锻件质量的一个重要指标。锻造比大小反映了锻造变形程度对锻件组织以及力学性能的影响规律。一般规律为：锻造变形过程中随着锻造比增大，内部孔隙焊合及铸态树枝晶被打碎，锻坯的纵向和横向力学性能均得到明显提高；当锻造比超过一定数值后，锻坯内部由于形成纤维组织，横向塑性指标、韧性指标急剧下降，最终导致锻件性能出现各向异性。如果锻造比值合理，锻件毛坯的锻造成形可使原材料内部缺陷充分锻合，获得细密的组织和细化的晶粒。3.1.2.1 锻造比对晶粒度的影响如果锻造比值合理，钢锭经过高温锻造，破碎了粗大的初生树枝状晶
31、体，由于钢锭的高温锻造是在再结晶温度以上进行的，在此期间，发生动态回复和动态再结晶，产生新的较细小的晶粒。整理为word格式锻件的晶粒大小和均匀性取决于变形温度、变形程度和变形的均匀性。在一定锻造温度下，存在着一个临界变形程度范围。锻造时若实际发生的锻造比值所表示的变形程度处于该临界变形程度范围内，则锻件再结晶后的晶粒比较粗大。因此，只要变形均匀，终端温度合适，特别是锻坯在最后一火时实际达到的锻造比值合理，使其变形程度不在临界变形程度范围内，锻件便能获得均匀细小的晶粒组织。3.1.2.2 锻造比对金属组织的影响钢锭锻造达到一定的锻造比值时，铸态组织的树枝状晶粒便被击碎，并沿主变形方向伸长。同时
32、聚集在晶界的碳化物、非金属夹杂物和其它过剩相的形态也发生改变。当钢锭只进行拔长变形时，锻造比达到23时便会出现纤维组织；如果首先进行镦粗，然后进行拔长，锻造比要达到45时才能形成纤维组织，并且锻造比越大、纤维方向则越明显。钢锭内部孔隙缺陷的基本条件是：空隙表面未被氧化，空隙中不存在非金属夹杂，高温锻造变形时孔隙部位处于三向压应力状态，且要求达到足够的锻造比。3.1.1.3 锻造比对力学性能的影响钢金属的力学性能取决于它的组织状态。钢锭经过适当锻造比值的锻造变形可获得致密的锻造组织，晶粒细化，纵向和横向力学性能均有显著提高。生产试验结果表明：钢锭经拔长变形锻造比为23时，强度指标已接近最大值，
33、纵向的塑性指标、韧性指标达到最大值；锻造比继续增大时，强度指标变化不大，且方向性不明显，塑性指标、韧性指标方向性明显，横向韧性指标开始下降。此外，适当增大锻造比，也能够提高锻件疲劳极限。钢锭通过锻造，提高了钢料的致密性和均匀性，宏观及微观缺陷得到改善和消除，减少了应力集中，从而使锻件的抗疲劳性能提高。3.1.1.4 合理确定锻造比的大小合理确定锻造比大小是确保理想的锻造效果和获得高质量锻件的重要因素之一。锻件的锻造比大小，综合考虑原材料化学成分、零件工作状态受力情况及所用钢锭大小因素后选取。以下表3-2是典型锻件锻造比的选取。表3-2 典型锻件的总锻造比选择表锻件名称计算部位总锻造比碳素钢轴类
34、锻件最大截面2.0 2.5合金钢轴类锻件最大截面2.5 3.0整理为word格式热轧辊辊身2.5 3.0冷轧辊辊身3.5 5.0齿轮轴最大截面2.5 3.0船用船尾、中间轴、推力轴法兰1.5轴身3.0水轮机主轴法兰最好1.5轴身2.5汽轮机叶轮旋翼轴、涡轮轴轮毂4.0 6.0法兰6.0 8.0汽轮机转子轴身4.0 6.0发电机转子轴身4.0 6.0液压机立柱最大截面3.0曲轴曲拐2.0轴颈3.0锤头最大截面2.5模块最大截面3.0高压封头最大截面3.0 5.0航空用大型锻件最大截面6.0 8.03.1.3 加热规范金属锻前加热是锻件生产过程中的重要工序之一，可以提高金属的塑性，降低变形抗力，使
35、锻件易于流动成形，并获得良好的锻后组织和力学性能。加热规范通常包括装炉温度、加热各个阶段炉子的升温速度、各个阶段加热时间，以及最终加热温度、允许的加热不均匀性等。正确的加热规范应能保证金属在加热过程中不产生裂纹，不过热过烧，温度均匀，氧化脱碳少，加热时间短及节约能源等。即在保证加热质量的前提下，并求加热过程越快越好。大型钢锭一般适用于多段式加热规范。为了保证大型锻件的质量，要制定严格的加热规范，加热时要控制好升炉温度，保证加热充分且均匀热透，以防在锻压时发生不均匀变形。3.1.4 变形工艺变形工艺的内容主要包括确定锻件成形必须采用的变形工序以及各变形工序的顺序、计算坯料工序尺寸等。好的工艺能使
36、变形工序少、时间短，省时省力，并能保证锻件的质量。坯料的各工序尺寸设计和工序选择是同时进行的，在确定各工序毛坯尺寸时应注意以下事项：整理为word格式1） 坯料各工序的变形尺寸必须符合变形工艺规程。如镦粗时毛坯尺寸应符合3，冲孔时坯料高度会略有减小，扩孔时坯料高度会略有增加等。2） 必须保持各锻件各部分有足够的体积，锻件最后需要精整时，应留有足够的修整量。3） 在多次锻打大型锻件时，应考虑中间各火次加热的可能性。4） 有些长轴类锻件的轴向尺寸要求精确，且因锻件太长不能镦粗，必须预计到锻件在精修时轴向会略有伸长。3.1.5 设备吨位自由锻常用的设备为锻锤和水压机，在锻造时，若设备吨位选择选得过小
37、则内部锻件锻不透，而且生产效率低，影响锻件质量。自由锻设备所需吨位，主要与变形面积、锻件材质、变形温度等因素有关。镦粗时，锻件与工具的接触面积相对于其他变性工具要大得多，而很多锻造过程均与镦粗有关。3.2 常见缺陷控制方法3.2.1偏析的控制方法大型锻件中的偏析与钢锭偏析有关，而钢锭偏析程度又与钢种、锭型、冶炼质量及浇注条件等有关。合金元素、杂质含量、钢中气体均加剧偏析的发展。钢锭愈大，浇筑温度愈高，浇筑速度愈快，偏析程度愈严重。3.2.1.1 区域偏析的控制方法（四级标题就用1、2、3，全部修改）1）降低钢中硫、磷等偏析元素和气体的含量，如采用炉外精炼，真空碳脱氧（VCD）处理及锭底吹氩工
38、艺；2）采用多炉合浇、冒口补缩、振动浇注及发热绝热冒口，增强冒口补缩能力等；3）严格控制浇注温度与浇注速度，采用短粗锭型，改善结晶条件。3.2.1.2 枝晶偏析的控制方法对于枝晶偏析，一般通过高温扩散加热，锻压合理变形与均匀化热处理可以消除或减轻其不良影响。3.2.2夹杂物与有害微量元素的控制方法1）钢液真空处理，炉外精炼，控制钢液质量；2）清洁浇注，防止外来污染物与异金属进入；3）合理锻造成形，改善夹杂分布。3.3 缩孔与疏松的控制方法整理为word格式1）严格控制机浇注温度与浇注速度，防止低温慢速浇注钢锭；2）采用发热冒口与绝热冒口，改善缩孔条件，使缩孔上移至冒口区，防止缩孔深入到锭身处；
39、3）控制锻造时钢锭冒口切头率，充分切净缩松缺陷，合理锻压变形，压实疏松缺陷。3.4气泡的控制方法1）充分烘烤炉料与浇注系统；2）冶炼时充分脱气，并采用保护浇注工艺；3）高温扩散、锻压焊合孔洞缺陷；4）及时烧剥表面裂纹。3.5 锻造裂纹的控制方法1）提高冶炼钢水纯净度；2）铸锭缓慢冷却，减少热应力；3）采用良好的发热剂与保温帽，增大补缩能力；4）采用中心压实锻造工艺；5）限制钢中加铝量，去除钢中氮气或用加钛法抑制细小的颗粒析出量。3.6 过热、过烧与温度不均的控制方法1）严格执行正确的加热规范；2）注意装炉方式，防止局部加热；3）调准测温仪表，精心加热操作，控制炉温、炉气流动，防止不均匀加热。3
40、7 白点的控制方法1）降低钢中氢含量，如注意烘烤炉料，冶炼时充分沸腾，真空除气，炉外精炼脱气等；2）采用消除白点的热处理方法，主要任务是扩散钢中氢，消除应力。3.8 组织性能不均匀的控制方法1）采用先进的冶铸技术，提高钢锭的冶金质量；2）采用控制锻造，控制冷却方式，优化工艺过程，提高大锻件的生产技术水平。4 大型自由锻件质量最新控制方法在引进国外先进技术和先进生产设备以及自有技术经验积累的基础上，我国大型锻件行业生产技术和工艺已有较大提高。近年来，我国在大型锻件生产方面取得了重大进步，主要表现在以下几个方面：整理为word格式4.1 钢锭冶炼质量的提高由于大型锻件多用钢锭直接锻造，所以，优质
41、钢锭的生产是优质大型锻件制造的基础。优质钢锭主要指：钢锭中夹杂物少，钢质纯净度好，结晶结构合理，钢锭缺陷少。因此，钢锭的冶炼、浇注过程以及钢锭的形状、尺寸等参数对钢锭质量有着重要的影响。以下是提高钢锭冶金质量的方法：1） 提高炼钢用炉料、辅料和耐火材料等的质量，提高钢液纯净度，防止冶铸中受到污染。2） 采用实用的炉外精炼技术。所谓炉外精炼，也称二次炼钢，即把一次炼钢的钢液，再在精炼炉内或钢包内进行精炼提纯，从而使冶金质量进一步提高。3） 发展电炉炼钢，淘汰平炉炼钢。4） 改进铸锭技术，严格控制浇注温度与浇注速度，采用发热冒口、保护浇注等技术。尽量采用大钢锭下注法，减少钢锭底部夹杂，提高表面质量
42、4.2 先进的工艺方法对大型锻件生产过程的工艺参数进行调整，在主变形时采用宽砧走扁方压实方法的先进工艺，其生产流程为：钢锭加热压钳口，倒棱，错水口镦粗宽砧走扁方法拔长精锻至成品尺寸锻后冷却或热处理。温度是塑性变形时内部缺陷焊合的必要条件之一，提高加热温度并在高温下较长时间保温，有利于合金元素的扩散、均匀和消除偏析，同时也为锻造时焊合大截面锻件心部的空隙缺陷创造了有利条件。因此在镦粗后用宽砧拔长前严格控制保温温度或将保温时间增加至30%40%，较高的温度、良好的加热状态为镦粗和宽砧走扁拔长提供了必要条件。生产实践证明，大型锻件生产中采用宽砧走扁拔长的工艺方法，可以提高大型锻件的内部质量；采用拔
43、长镦粗 冲孔 芯棒拔长收口镦粗成形冲孔的工艺方法，可以提高大型叶轮类锻件的内部质量；采用拔长下料镦粗冲孔芯棒拔长收孔的工艺方法，也适用于质量要求较高的厚壁筒类锻件的生产。4.3 配套水平、自动化机械化生产水平在锻造方面，40MN及以上的水压机多数配备了100400t.m主锻造操作机和2040t.m的辅助操作机，相当数量的操作机采用计算机控制，实现了大锻件锻造过程的综合控制，使锻造精度可控制在3，大型锻件的在线测量采用激光尺寸测量装置。整理为word格式在热处理方面，重点在于提高产品质量、提高热处理效率以及节约能源、保护环境等。如采用计算机控制加热炉和热处理炉的加热过程，控制烧嘴实现自动调节燃烧
44、调节炉温、自动点火及加热参数管理；余热利用、热处理炉配备再生燃烧室等；采用具有低污染能力和能够有效控制冷却的聚合物淬火油槽，各种水性淬火介质逐渐取代传统的淬火油等。在大型锻件的加工方面，可根据不同类型的产品配备专有的加工机械，如坐标加工中心、叶片加工机、轧辊磨、轧辊车床等。为了提高大型锻件质量，可配备最新的检验仪表和测试技术，采用计算机控制数据处理的现代自动化超声波探伤检测系统，采用各种专用的自动超声波探伤系统，完成各种质量体系的认证。在计算机模拟技术方面，可采用热加工计算机模拟技术、计算机辅助工艺设计以及虚拟技术，提高了工艺设计水平和产品制造能力。5 总结与展望（先写总结，再写展望，你这里
45、只写了展望）大型锻件锻造工艺的开发与设计是关系到大型锻件生产是否成功的关键因素，同时也是制约我国装备制造业、核电工业的瓶颈之一。近几十年来，关于如何控制大型锻件内部裂纹、损伤，提高锻件质量方面的研究已经取得了很多成果，但仍然存在着一些尚未解决的问题。1） 大型锻件锻造裂纹判定准则的缺乏。大型锻件中最难解决的缺陷就是锻造裂纹。为了准确判断大型锻件锻造过程中可能出现的裂纹以及研究控制裂纹的方法，必须建立相应材料的裂纹判定准则，该准则是一个门槛值，如果超出该值，即认为锻件内将产生裂纹，否则，不会产生裂纹。迄今为止，这方面的研究仍未有十分满我意的结果。2） 国现有的大型锻件锻造工艺规程的制定依然是根据设计者的经验，反复试验的方法，缺乏从系统上把握锻件锻造规律以及科学制定锻造工艺规程的方法。因此，有必要根据大型锻件锻造的特点，引入先
免费区 
