任 猛 王中安 史翔煒 謝冬民 高 明

(亞洲重工集團(tuán)有限公司，江蘇214128)

1 有效壓實臨界條件

良好的鍛造過程可以充分消除鋼錠中的空洞性缺陷，如疏松、二次縮孔、氣孔和內(nèi)部裂紋等，即通過變形、壓合、焊合三個階段將其完全消除。鍛造過程也可以消除改善固體性缺陷，如粗晶、輕微偏析和塑性夾雜等。而氣體性缺陷，一方面可在高溫變形及加熱過程中少量擴(kuò)散溢出，更主要是靠鍛后熱處理來改善。實踐證明，采用有效壓實鍛造法生產(chǎn)的鍛件，能把鍛造技術(shù)可以解決的問題最大限度地完成。其余殘存的內(nèi)部缺陷，基本上都是冶金缺陷，如氧化物夾雜、氣體含量過高等。

有效壓實鍛造法的核心技術(shù)是一個臨界條件，其主要包含下列兩點：

(1)在主變形結(jié)束時，鍛坯內(nèi)部各點的最大壓應(yīng)變值ε1應(yīng)大于或等于0.6[2]；

(2)在主變形過程中，鍛坯心部溫度應(yīng)大于等于1 050℃。

滿足這個臨界條件，對于實際材料中的空洞類缺陷的閉合是偏于安全的，并且固體類可變形缺陷也可以較充分地打碎和改善。有效壓實鍛造法的工藝過程可以保證ε1≥0.74， 而在主拔長變

形完成時鍛坯心部溫度≥1 050℃(表面溫度大約850～950℃)在實際生產(chǎn)中也很容易實現(xiàn)。

2 有效壓實法工藝準(zhǔn)則

有效壓實鍛造法適用于各種工具鍛造的變形過程，比如傳統(tǒng)上下平砧拔長、FM法拔長、上平板下平臺(或轉(zhuǎn)臺)的超寬砧拔長、V型砧拔長等。本文只給出既簡便又常用的幾種形式。

2.1 上下平砧拔長有效壓實工藝準(zhǔn)則

(1)在鋼錠的主變形過程中，需要有6趟滿足實際砧寬比W/H=0.5～0.9之間的有效拔長變形。

(2)每趟拔長壓下率εh=20%～22%。可選擇每拔長一趟翻轉(zhuǎn)90°的“上下平砧傳統(tǒng)拔長”方法，也可采用0°、0°、90°、0°、0°、90°、0°、90°、0°、90°的“上下平砧連續(xù)拔長”方法，但程序中應(yīng)始終保持使坯料截面高寬比小于2.0。

(3)每重新拔長一趟前，應(yīng)錯砧W/3，具體按W→W/3→2/3W→W……的順序進(jìn)行。通常控制錯半砧左右即可。

(4)在主拔長變形過程中，應(yīng)保持坯料心部溫度T心≥1 050℃，或表面溫度大于850℃。

(5)控制坯料截面尺寸變化及計算拔長趟數(shù)，應(yīng)給出拔長操作程序，其展寬率公式[3]為：

1)圓截面開始的第一趟拔長α1=0.473(W0/H)；

2)翻轉(zhuǎn)90°后的第二趟拔長α2=0.43(W0/H)；

3)矩形及方形截面拔長α3=0.782-0.182(H/W0)。

(6)對重要鍛件在主拔長結(jié)束后，采用扁方入爐的辦法，以增強高溫擴(kuò)散效果，其溫度和時間仍按傳統(tǒng)規(guī)范進(jìn)行。扁方尺寸為a=1.35b，b=0.9D。其中，D為鍛件最大直徑尺寸，a和b為扁方截面兩方向尺寸。

在上下平砧拔長時，進(jìn)砧寬度通常按W=0.8W0考慮。研究結(jié)果表明，只有當(dāng)W/H≥0.51時，坯料中心的壓應(yīng)變才能達(dá)到最大，其最佳砧寬比為0.7。并且研究發(fā)現(xiàn)，只有W/H在0.5～0.9范圍，才能保證鍛件心部充分變形，獲得較高的ε1值。

2.2 FM法拔長有效壓實工藝準(zhǔn)則

FM法拔長使用上平砧、下平臺(或轉(zhuǎn)臺)，工具和操作都比較簡單，也是最常用的拔長方法。尤其是在鋼錠不需要鐓粗或僅需要小鐓粗的情況下，比上下平砧拔長所需鍛比要小、操作時間更短。但由于變形方式為不對稱，當(dāng)W/H≥0.4時，坯料中心的壓應(yīng)變就能達(dá)到最大，其最佳砧寬比為0.6。所以工藝準(zhǔn)則有以下兩點不同：

(1)在主變形過程中，需要有8趟砧寬比W/H=0.4～0.8之間的有效拔長變形。

(2)每趟拔長的壓下量為11%～13%之間?？刹捎梅D(zhuǎn)180°、90°、180°、90°的方式，也可采用連續(xù)拔長方式。

2.3 超寬砧拔長有效壓實工藝準(zhǔn)則

超寬砧拔長使用上平板、下平臺(或轉(zhuǎn)臺)，變形方式相當(dāng)于側(cè)鐓粗。既可以對鋼錠直接拔長，也可以鐓粗后拔長(帶鉗把)或下料后拔長(無鉗把)，但要考慮各壓機(jī)適用的鋼錠或坯料尺寸、重量大小。該方法的特點是需要的拔長趟數(shù)少、操作時間短及有效壓實效果好。其工藝準(zhǔn)則也有以下兩點不同：

(1)僅需要4趟超寬砧有效拔長變形。

(2)每趟拔長的壓下量約為35%～45%。每趟翻轉(zhuǎn)90°，對于空心厚壁筒類鍛件的壓實，只考慮三趟即可。

3 有效壓實鍛造法工藝應(yīng)用實例

3.1 上下平砧傳統(tǒng)拔長

表1給出了一個電機(jī)軸鍛造工藝實例.該鍛件最大直徑?500 mm，如圖1所示。使用500 mm上下平砧拔長，8 t鋼錠的平均直徑為?750 mm，不用鐓粗，一火成形，鍛比為2.25。按照工藝給出的8趟拔長程序，首先計算有效拔長趟數(shù)。用500 mm乘以0.8倍進(jìn)砧寬度，除以0.5倍有效砧寬比，為800 mm。因此，凡壓下前直徑≤800 mm的趟數(shù)，都為有效趟數(shù)(第一趟的圓直徑和第二趟的扁圓直徑除外，該兩趟可以折算補充到第8趟中，該趟壓下量稍顯不足)。可見該工藝過程是完全滿足工藝準(zhǔn)則規(guī)定的6個有效趟數(shù)的，工藝充分而可靠。

請注意，在8趟拔長完成時的坯料截面尺寸為475 mm的極限方[4]，然后壓八方為500 mm，卡臺、滾圓、成形。

3.2 上下平砧連續(xù)拔長

對電機(jī)軸鍛件采用500 mm上下平砧連續(xù)拔長的實用程序，見表2。

表1 500 mm上下平砧傳統(tǒng)拔長電機(jī)軸鍛件的實用拔長程序Table 1 Actual traditional stretching processes for motor shaft forging stretchedby 500 mm top and bottom flat anvils

圖1 電機(jī)軸鍛件Figure 1 Motor shaft forging

趟數(shù)翻轉(zhuǎn)壓下前直徑/mm壓下量/mm壓下后直徑/mm變形率123456780°0°90°0°0°90°0°90°75059086068054064051054016012018014011013070655904706805404305104404750.213 30.203 40.209 30.205 90.203 70.203 10.137 30.136 8

表3 FM法拔長25Cr2N4MoV轉(zhuǎn)子的實用拔長程序Table 3 Actual stretching processes for 25Cr2N4MoV rotor stretched by FM method

圖2 25Cr2N4MoV轉(zhuǎn)子Figure 2 25Cr2N4MoV Rotor

圖3 35A電機(jī)轉(zhuǎn)子Figure 3 35A motor rotor

在8趟拔長完成時的坯料截面尺寸為475 mm的極限方[4]，然后壓八方為500 mm，卡臺、滾圓、成形。

從這個拔長過程來看，由于連續(xù)兩三趟在一個方向大變形，在前6趟就已經(jīng)達(dá)到了有效壓實的目的，第7、第8兩趟，只是從成形角度考慮，湊成一個帶鼓肚的475 mm極限方。

3.3 FM法拔長

圖2為在60 MN壓機(jī)上鍛造25Cr2N4MoV轉(zhuǎn)子。大身截面?1 000 mm，鍛件重量34 626 kg，使用44 t鋼錠，分三火鍛造成形。第一火壓鐓粗把。第二火加熱1 270℃，保溫均勻后，先鐓粗至?1 550 mm，然后用800 mm上平砧、下平臺，按照FM法程序拔長10趟，成扁方1 260 mm×910 mm入爐。第三火換600 mm上下平砧，再按程序拔長3趟。壓八方為1 000 mm，卡臺、成形。其拔長程序見表3。

3.4 超寬砧拔長

圖3為35A電機(jī)轉(zhuǎn)子。鍛件重量8 727 kg，使用13 t鋼錠，分三火鍛造成形。第一火壓鐓粗把。第二火加熱1 270℃，保溫均勻后，先鐓粗至?1 150 mm，然后用上平板、下平臺，按照超寬砧程序[5]拔長4趟，成扁方810 mm×620 mm入爐。第三火換450 mm上下平砧，大變形壓八方為670 mm，卡臺、成形。其拔長程序，見表4。

表4 超寬砧拔長35A電機(jī)轉(zhuǎn)子的實用拔長程序Table 4 Actual stretching processes for 35A motor rotor stretched by ultra-wide anvil

4 結(jié)論

4.1 有效壓實鍛造法的臨界條件為：(1)在變形過程中，使鍛件內(nèi)部任意一點的最大壓應(yīng)變≥0.6；(2)在主變形過程中，應(yīng)保證鍛件心部溫度≥1 050℃，或表面溫度大于850℃。該臨界條件可轉(zhuǎn)化為工藝參數(shù)。

4.2 根據(jù)有效壓實鍛造法的工藝準(zhǔn)則，本文給出了最常用的上下平砧拔長、FM法拔長和超寬砧拔長三種應(yīng)用實例。其它鍛造過程的應(yīng)用以及鍛造工藝手冊的編制等，將在后續(xù)的論文中詳細(xì)討論。

[1] 任猛，王祖唐，劉莊.有效壓實鍛造法.中國發(fā)明專利第10650號.

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

[3] 任猛，金錫鋼，王祖唐.拔長鍛造時的展寬值計算.鍛壓技術(shù)，1989(2)：8.

[4] 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.

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