任 猛 王中安 史翔煒 鄧 軍 佟景輝

(亞洲重工集團(tuán)有限公司，江蘇214128)

1 歷史回顧及RST效應(yīng)

直到20世紀(jì)80年代末，大型管板、頂蓋一類的圓餅形鍛件的無(wú)損檢測(cè)合格率還仍然是個(gè)世界難題。國(guó)內(nèi)各大重機(jī)廠連同國(guó)外的一些企業(yè)，管板的廢品率最高達(dá)80%以上。有時(shí)候，還出現(xiàn)整批報(bào)廢、甚至連續(xù)補(bǔ)投再報(bào)廢的現(xiàn)象。為此，世界各大重機(jī)企業(yè)進(jìn)行了多年持續(xù)的研究攻關(guān)，先后推出了50多種工藝方法[1]，但還是不能徹底解決問(wèn)題。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于熱加工時(shí)的摩擦系數(shù)較高，在鍛造過(guò)程中，砧子與坯料接觸表面附近存在一個(gè)三角形狀的難變形區(qū)，也稱“死區(qū)”當(dāng)進(jìn)砧寬度超過(guò)一定值后，上下兩個(gè)死區(qū)便連接成一片，在繼續(xù)變形的條件下，死區(qū)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生層狀剛性滑動(dòng)撕裂效應(yīng)，定義為RST效應(yīng)[2]。

根據(jù)RST效應(yīng)的產(chǎn)生原理和防治辦法，北京重機(jī)廠于1988年推出了一系列新工藝[3、4]應(yīng)用到管板、頂蓋、平蓋、鏡板、葉輪和鍛板等鍛件的生產(chǎn)中，創(chuàng)造了連續(xù)數(shù)年100%合格率的佳績(jī)。

然而，避免RST效應(yīng)主要是針對(duì)高度尺寸較薄、截面尺寸較小的一類鍛件而言。本文將分別對(duì)薄圓餅、中厚圓餅和厚圓餅三種情況，全面論述其鍛造工藝方法及應(yīng)用。

2 三種情況下的工藝準(zhǔn)則

2.1 薄圓餅類鍛件防止RST效應(yīng)的工藝準(zhǔn)則

對(duì)于高度尺寸較小的管板一類圓餅形鍛件，在鍛造成形過(guò)程中是不用耽心鍛不透的。但是一定要避免產(chǎn)生RST效應(yīng)，防止內(nèi)部撕裂缺陷。因?yàn)閷?duì)薄管板的返修改鍛是非常困難或不可能的，尤其是直徑較大的薄餅類鍛件，一旦產(chǎn)生內(nèi)部撕裂，就只能報(bào)廢了。

所謂薄是相對(duì)的概念，與使用的砧子寬度有關(guān)，不同的砧寬對(duì)應(yīng)著不同的結(jié)果。通常在成形管板時(shí)不會(huì)使用較寬的砧子，比如說(shuō)使用400 mm上平砧、下轉(zhuǎn)臺(tái)鍛造管板時(shí)， 400 mm×0.80×0.85=272 mm，此時(shí)，我們將高度≤272 mm的管板都列為薄管板。在制定鍛造工藝時(shí)，可以不用刻意去考慮鐓粗拔長(zhǎng)、壓實(shí)鍛透的工藝過(guò)程，因?yàn)樵撳懠强梢赃叧尚?、邊鍛透的。公式中乘?.8是考慮最大進(jìn)砧寬度大約為砧寬的80%左右，乘以0.85是考慮每次大約15%的壓下量，因?yàn)槔^續(xù)壓下會(huì)使實(shí)際砧寬比加大，同時(shí)也向著產(chǎn)生RST效應(yīng)的臨界條件靠近。同樣，對(duì)于500 mm上平砧，高度≤340 mm的管板為薄管板；而對(duì)于600 mm上平砧，高度≤408 mm的管板為薄管板。

在生產(chǎn)薄餅形鍛件的情況下，其工藝準(zhǔn)則是可以直接拔長(zhǎng)、下料、鐓粗、旋轉(zhuǎn)壓平、滾圓、成形。2.2 中厚圓餅類鍛件有效壓實(shí)的工藝準(zhǔn)則

這里對(duì)中厚尺寸的定義也與砧寬有關(guān)，其上限與所使用的上平砧寬度相等。比如：

對(duì)于400 mm上平砧，中厚鍛件的尺寸范圍為：272 mm

對(duì)于500 mm上平砧，中厚鍛件的尺寸范圍為：340 mm

對(duì)于600mm上平砧，中厚鍛件的尺寸范圍為：408 mm

生產(chǎn)中厚尺寸的圓餅形鍛件時(shí)，不用耽心產(chǎn)生RST效應(yīng)和內(nèi)部撕裂，但是必須要考慮壓實(shí)鍛透。所以，對(duì)于中厚尺寸的圓餅形鍛件，其工藝準(zhǔn)則是先保證壓實(shí)鍛透、再旋轉(zhuǎn)成形。采用的方法既可以是先拔長(zhǎng)壓實(shí)下料，也可以是下料后先鐓粗，然后采用超寬砧四趟拔長(zhǎng)壓實(shí)，最后旋轉(zhuǎn)成形。

2.3 厚圓餅類鍛件有效壓實(shí)雙保險(xiǎn)的工藝準(zhǔn)則

厚餅類鍛件的尺寸是指其高度大于所使用的上砧寬度。比如使用400 mm上平砧，鍛件厚度>400 mm；使用500 mm上平砧，鍛件厚度>500 mm；使用600 mm上平砧，鍛件厚度>600 mm。

制定厚餅類鍛件的工藝準(zhǔn)則為首先保證壓實(shí)鍛透，成形時(shí)再中心雙面壓窩，也即雙保險(xiǎn)的辦法。因?yàn)楹耧烆愬懠诔尚吻暗幕鸫沃屑訜釙r(shí)間較長(zhǎng)，采用雙面壓窩的好處是既可進(jìn)一步增強(qiáng)壓實(shí)鍛透效果，又能使鍛件心部產(chǎn)生較大變形，防止熱態(tài)組織遺傳及產(chǎn)生粗晶、混晶。而且雙面壓窩可使用自制的圓臺(tái)、實(shí)心沖子、壓窩餅等。每面壓窩的深度約為坯料厚度的13%左右，直徑約為鍛件厚度的1.35倍～1.5倍左右。

3 各種圓餅類鍛件的工藝應(yīng)用實(shí)例

3.1 薄圓餅類鍛件典型工藝

某管板尺寸為?3 100 mm×210 mm，鍛件凈重12 426 kg，材質(zhì)20#鋼，用25 MN水壓機(jī)生產(chǎn)。材料選用18 t真空精煉錠，平均直徑約?1 100 mm。對(duì)于這樣薄的大型管板，在直接鍛造成形的過(guò)程中，保證變形充分、壓實(shí)鍛透是沒(méi)有問(wèn)題的，但必須要重點(diǎn)防范的是，不能產(chǎn)生RST效應(yīng)造成內(nèi)部撕裂。其鍛造工藝如表1所示。

在薄餅類鍛件工藝的成形過(guò)程中，必須要給出最后兩步控制進(jìn)砧的程序，否則極易出現(xiàn)因內(nèi)部撕裂而造成報(bào)廢的現(xiàn)象。對(duì)于這兩步程序的尺寸參數(shù)，可以按常規(guī)鍛件的高度尺寸，每10 mm一檔(拔長(zhǎng)程序可按50 mm一檔)，編制出表格，列入到工藝手冊(cè)[5～8]中去，使用起來(lái)方便準(zhǔn)確。

3.2 中厚圓餅類鍛件典型工藝

某管板尺寸為?2 520 mm×450 mm，鍛件凈重17 596 kg，材質(zhì)20MnMo，用36 MN水壓機(jī)生產(chǎn)。材料選用26 t真空精煉錠，平均直徑約?1 250 mm。根據(jù)中厚管板的有效壓實(shí)工藝準(zhǔn)則，在鍛造的過(guò)程中，首先要保證變形充分、壓實(shí)鍛透，然后再合理成形、控制終鍛溫度、不產(chǎn)生熱態(tài)組織和粗晶混晶。其鍛造工藝如表2所示。

表1 薄圓餅類鍛件典型工藝Table 1 Typical process for thin disk forging

3.3 厚圓餅類鍛件典型工藝

某頂蓋尺寸為?3 200 mm×710 mm，鍛件凈重44 765 kg，材質(zhì)20MnMo， 用60 MN水壓機(jī)生產(chǎn)。材料選用62 t真空精煉錠，平均直徑約?1 800 mm。根據(jù)厚管板的有效壓實(shí)雙保險(xiǎn)工藝準(zhǔn)則，在鍛造的過(guò)程中，首先要保證變形充分、壓實(shí)鍛透，然后在成形最后階段雙面壓窩，進(jìn)一步增強(qiáng)鍛件的心部壓實(shí)效果，并且不產(chǎn)生熱態(tài)組織和粗晶。其鍛造工藝如表3所示。

4 結(jié)論

4.1 本文根據(jù)壓機(jī)在成形圓餅類鍛件時(shí)使用的最小平砧寬度，將鍛件分為薄餅、中厚餅和厚餅三種類型，給出了每種類型的工藝準(zhǔn)則及應(yīng)用實(shí)例。

表2 中厚圓餅類鍛件典型工藝Table 2 Typical process for medium size disk forging

表3 厚圓餅類鍛件典型工藝Table 3 Typical process for thick disk forging

按此方法生產(chǎn)，基本可確保鍛件不出現(xiàn)鍛造質(zhì)量問(wèn)題。

4.2 生產(chǎn)薄餅類鍛件時(shí)，在工藝中必須要給出最后兩趟窄進(jìn)砧控制程序，以防止因RST效應(yīng)產(chǎn)生內(nèi)部撕裂。此方法也可用于大型薄壁鍛板的生產(chǎn)工藝中。

4.3 對(duì)于中厚和厚餅類鍛件，工藝中首先要考慮壓實(shí)鍛透，然后在成形過(guò)程中注意控制心部不產(chǎn)生熱態(tài)組織和粗晶、混晶。

[1] 王珊(傅耆壽).提高大型實(shí)心圓餅形鍛件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量.重機(jī)制造，1986(2)：50.

[2] 任猛、張寶印.RST效應(yīng).鍛壓技術(shù)，1991(3)：5.

[3] 任猛，等.大型圓餅類件鍛造及RST效應(yīng).大型鑄鍛件，1991(4)：5.

[4] 任猛，等.制造大型優(yōu)質(zhì)鍛板的工藝條件.大型鑄鍛件，1991(1～2)：18.

[5] 任猛、董金雷、王中安.優(yōu)化鍛造工藝手冊(cè).亞洲重工集團(tuán)有限公司技術(shù)文件，2000.

[6] 任猛.大型鋼錠內(nèi)部孔洞性缺陷鍛合過(guò)程的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.清華大學(xué)博士論文，1987.

[7] 任猛、金錫鋼、王祖唐.拔長(zhǎng)鍛造時(shí)的展寬值計(jì)算.鍛壓技術(shù)，1989(2)：8.

[8] 任猛，等.極限鍛造成形的原理及工藝應(yīng)用.大型鑄鍛件，1991(1～2)：13.