一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鍛造領域，具體地說就是一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法，它適用于將各種尺寸的鋼錠鍛造為管板和模塊等薄板類鍛件的自由鍛過程。使用本發(fā)明提出的鍛造方法鍛造薄板類鍛件，可以保證鋼錠內部孔洞型缺陷的愈合，大大減少鍛件因內部縮孔、疏松未鍛合而報廢的可能。
【背景技術】
[0002]鍛造是大部分金屬材料加工過程中的重要工序，通過鍛造可以改善鍛件內部質量，即破碎鑄態(tài)組織、細化晶粒、均勻組織，并可鍛合金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的縮孔、氣孔和疏松等缺陷，對提高鍛件質量有著重要的意義。
[0003]鋼錠在澆注以及隨后的凝固過程中會產(chǎn)生縮孔、疏松、氣孔等孔洞型缺陷。在金屬液澆注到鋼錠模以后，與鋼錠模接觸的金屬液將首先凝固，而心部的金屬由于熱傳導慢將最后凝固。鋼錠心部區(qū)域將逐漸形成糊狀區(qū)，而此時鋼錠冒口頂部表面已經(jīng)凝固，導致無法對心部進行補縮，最終在鋼錠心部區(qū)域形成縮孔、疏松等缺陷，這些缺陷由于尺寸較大，必須使用有效的鍛造工藝將其鍛合，否則將造成整件報廢的嚴重后果，導致重大的經(jīng)濟損失。
[0004]生產(chǎn)中的經(jīng)驗顯示，管板類鍛件的合格率遠低于其它類型的鍛件，大量管板類鍛件的報廢造成了企業(yè)巨大的經(jīng)濟損失。然而，管板類鍛件的鍛比很大，按照傳統(tǒng)工藝的角度考慮，在大鍛比下不應存在如此嚴重的缺陷，這一現(xiàn)象無法用傳統(tǒng)理論解釋。為了解決這一問題，對軸類和管板類鍛件在鍛后冷卻過程中的應力場進行了模擬。模擬結果顯示，對普通的軸類鍛件，鍛件中心的缺陷集中區(qū)域在冷卻初期會存在較大的壓應力，而冷卻初期鍛件中心的溫度較高，高溫高壓條件能夠保證已閉合的缺陷順利焊合，從而完成缺陷愈合過程，使鍛件通過探傷檢測。而對管板類鍛件，其特殊的外形決定了鍛件在冷卻過程中應力分布為環(huán)狀拉-壓應力帶交替出現(xiàn)，且越靠近中心應力越小。管板鍛件中心區(qū)域在冷卻過程中存在拉應力或很小的壓應力，無法滿足閉合缺陷的焊合條件。因此，管板鍛件的中心區(qū)域容易殘留密集型缺陷，探傷合格率較低。通過這一研宄，證實了管板類鍛件鍛后冷卻過程中特殊的應力狀態(tài)是其內部缺陷無法愈合的原因。為了解決這一問題，必須改進鍛造工藝，使鍛件內的缺陷在鍛造過程中即完全愈合，而不依靠冷卻過程，才能夠保證鍛件通過探傷檢測。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法，以解決管板和模塊等薄板類鍛件內部孔洞型缺陷無法愈合，導致無法通過探傷檢測的問題。本發(fā)明提出的鍛造方法，適用于將各種尺寸鋼錠鍛造為管板和模塊等薄板類鍛件的自由鍛過程，能夠保證薄板類鍛件內部孔洞型缺陷的愈合效果，大大減少鍛件因內部縮孔、疏松未鍛合而無法通過探傷檢驗導致報廢的可能。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]本發(fā)明提出了一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法，包括如下步驟:
[0008]I)在倒棱、切除冒口等工藝結束后，對鋼錠進行一次鐓粗拔長；
[0009]2)使用上下平板對坯料進行鐓粗，使用旋轉壓平或拔長工藝將坯料變形至接近最終尺寸；
[0010]3)將坯料回爐重新加熱并保溫；
[0011]4)使用上下平板沿坯料厚度方向壓下，并保持壓力持續(xù)作用于坯料；
[0012]5)將坯料鍛造至最終尺寸。
[0013]所述步驟I)中，先鐓粗，再拔長后坯料的高徑比為2。
[0014]所述步驟I)中，在鍛件產(chǎn)品質量要求不高的情況下，可以不對坯料進行此步驟的鐓粗拔長。
[0015]所述步驟2)中，當最終鍛件為管板類鍛件(即餅狀鍛件)或橫截面接近正方形的模塊類鍛件(即鍛件為方形，方形兩長邊尺寸較接近，大于另一短邊尺寸，此短邊尺寸稱為坯料厚度，垂直于短邊的面稱為坯料橫截面)時，沿坯料軸線方向進行鐓粗，直至壓機壓力極限，無法使坯料繼續(xù)變形為止。
[0016]所述步驟2)中，當最終鍛件為橫截面為長方形的模塊類鍛件(即方形鍛件，方形兩長邊尺寸相差較大，大于另一短邊尺寸)時，沿坯料直徑方向進行鐓粗，直至壓機壓力極限，無法使坯料繼續(xù)變形為止。
[0017]所述步驟2)中，鐓粗結束后，對管板類鍛件，應通過滾圓修整外形，之后重復旋轉壓平、滾圓的過程，使坯料厚度不斷減小，直至坯料厚度為鍛件最終厚度的1.1倍，坯料直徑為鍛件最終直徑的0.9?1.1倍時為止。
[0018]所述步驟2)中，鐓粗結束后，對模塊類鍛件，應通過拔長修整外形，使坯料厚度不斷減小，接近鍛件最終尺寸，直至坯料厚度為鍛件最終厚度的1.1倍，坯料兩長邊尺寸為最終鍛件對應邊長的0.9?1.1倍時為止。
[0019]所述步驟2)中，在旋轉壓平、滾圓或拔長過程中，坯料溫度過低時應將坯料返回加熱爐內重新加熱至鍛造溫度。
[0020]所述步驟3)中，保溫時間在3小時以上，以減小后續(xù)鍛造過程中的變形抗力，并使已閉合的孔洞型缺陷有更充分的時間愈合。
[0021]所述步驟4)中，應使用壓機的極限壓力下壓，并保持壓力2分鐘以上。
[0022]所述步驟4)中，在坯料橫截面面積較大，上下平板無法完全覆蓋的情況下，可以分多次下壓，每次保持壓力2分鐘以上。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0024]本發(fā)明通過對管板類鍛件在鍛后冷卻過程中的應力場變化情況進行研宄發(fā)現(xiàn)，鍛件在冷卻過程中的應力分布無法滿足閉合缺陷的焊合條件，導致管板鍛件的中心區(qū)域容易殘留密集型缺陷，探傷合格率較低?；诖税l(fā)現(xiàn)提出了一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法，此方法與常規(guī)鍛造方法相比，能夠保證在鍛造過程中缺陷即已經(jīng)完全愈合，大大減少鍛件因內部縮孔、疏松未鍛合而無法通過探傷檢測導致報廢的可能。
【附圖說明】
[0025]圖1-圖7為鍛造流程示意圖，其中:
[0026]圖1為鋼錠形態(tài)示意圖。
[0027]圖2為軸線方向鐓粗過程示意圖。
[0028]圖3為拔長過程示意圖。
[0029]圖4a和圖4b為橫截面為長方形的模塊類鍛件沿直徑方向鐓粗過程示意圖。其中，圖4a為主視圖，圖4b為右視圖。
[0030]圖5a和圖5b為管板類鍛件旋轉壓平過程示意圖。其中，圖5a為主視圖，圖5b為俯視圖。
[0031]圖6為管板類鍛件滾圓過程示意圖。
[0032]圖7為管板類鍛件保持壓力過程示意圖。
[0033]圖中，I 一鋼錠；2 —還料；3 —上平板；4 一下平板；5 —上平站；6 一下平石占。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0035]如圖1-圖7所示，本發(fā)明提出了一種高效愈合薄板類鍛件內部缺陷的鍛造方法，在系統(tǒng)研宄了鍛件在鍛后冷卻過程中的應力場變化情況后，提出了包括鐓粗、旋轉壓平、保持壓力等步驟的鍛造方法，具體如下:
[0036]I)如圖1-圖2所示，在倒棱、切除冒口等工藝結束后，對鋼錠I進行鐓粗。鐓粗過程中將鋼錠I軸線方向豎直放置在下平板4上，使用上平板3將鋼錠I鐓粗至高徑比為0.5?0.7。如圖3所示，鐓粗結束后將坯料2旋轉，使其軸線沿水平方向，使用WHF法對坯料2進行拔長。將坯料2的一端放置在下平砧6上，使用上平砧5在對應位置壓下，壓下量為20%?25%。即上平砧5的壓下距離為坯料2原始高度(或直徑)的20%?25%，壓下量計算公式為:
[0037]壓下量=ΔΗ/Η
[0038]其中，ΛΗ為鍛造過程中上平砧5壓下的距離(在下平砧6不發(fā)生位移的情況下)，H為坯料2原始高度，如果坯料為圓柱體且壓下方向沿直徑方向，則取直徑尺寸。
[0039]之后，將上平砧5抬起，將坯料2向圖3中左方移動，移動距離為一個上平砧5寬度的0.8?0.9倍，再次將上平砧5下壓，壓下量為20%?25%。重復此過程直到壓至坯料末端，此過程稱為一個道次。在第一個道次完成后將坯料翻轉90°進行第二個道次的拔長。反復進行拔長直至坯料2的高徑比為2。
[0040]在鍛