■ 王超

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楔橫軋是一種軸類零件成形新工藝、新技術(shù)，與傳統(tǒng)切削、鍛造零件成形工藝比較，具有生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的組成部分。但由于楔橫軋工藝的成形特點(diǎn)，軋件心部極容易產(chǎn)生中心疏松和孔洞，引起零件失效。

模具影響情況分析

1. 影響因素

楔橫軋是熱態(tài)坯料在楔形模具的帶動(dòng)下，做連續(xù)徑向壓縮和軸向延伸的一種成形工藝，同時(shí)受到徑向的壓應(yīng)力和軸向的拉應(yīng)力作用，當(dāng)軸向的拉力大于材料心部抗拉強(qiáng)度的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)疏松，甚至縮孔和孔洞。國內(nèi)外多位專家對(duì)楔橫軋件心部疏松和縮孔的形成機(jī)理進(jìn)行了研究和分析，其根本原因是軋件在變形過程中心部受力過大而造成。

筆者是從事楔橫軋零件生產(chǎn)的技術(shù)人員，生產(chǎn)中也接觸到縮孔缺陷，分布在對(duì)稱軋制件中心鋸斷處、單件零件軸身處，現(xiàn)場主要從模具、軋制溫度和原材料方面來控制楔橫軋件內(nèi)部質(zhì)量的合格與穩(wěn)定。

（1）模具的影響 模具楔入段磨損嚴(yán)重，進(jìn)入模具型腔的金屬增多，坯料不能盡早排出，在模具的反復(fù)輾壓作用下，中心部位受力時(shí)間太長，最終被撕裂，然后擴(kuò)張形成縮孔；模具脫空段太短，成形過程中，坯料與模具接觸時(shí)間過長，在金屬晶粒反復(fù)被滑移，拉開和壓合，晶格畸變會(huì)迅速增加，孕育著微觀裂紋的發(fā)生和發(fā)展，造成軋件心部長時(shí)間受力而導(dǎo)致心部撕裂，形成縮孔；模具參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，造成楔橫軋成形過程中，坯料受力不合理，心部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，容易產(chǎn)生疏松和縮孔（見附表）。

解決辦法：合理修磨模具楔入段，修出合適的楔頂和R角；在模具使用過程中，楔頂和R角磨損后，及時(shí)補(bǔ)焊修復(fù)，可以從根本上解決軋件的中心縮孔缺陷。在模具展寬段和精整段之間設(shè)計(jì)脫空段，坯料在展寬成形后進(jìn)入脫空段，不再與模具接觸，減少了坯料與模具的接觸時(shí)間，可以極大地降低軸身部位產(chǎn)生縮孔的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)楔橫軋模具時(shí)，必須根據(jù)零件斷面收縮率選擇合適的成形角、展寬角，以及是否需要二次起楔，這需要大量的實(shí)踐探索和不斷的積累經(jīng)驗(yàn)。

（2）軋制溫度的影響 加熱是為了提高鋼材的塑性，減少軋制過程中的變形抗力。當(dāng)加熱溫度不夠時(shí)，鋼材心表溫度差較大，內(nèi)部塑性差，在外力作用下極容易受到破壞，產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而在成形過程中擴(kuò)張形成縮孔。當(dāng)加熱溫度超過了臨界溫度Ac3，晶粒就開始長大，晶粒過分長大后，力學(xué)性能下降，成形時(shí)容易產(chǎn)生裂紋（見圖1）。

解決辦法：嚴(yán)格控制加熱溫度，保證符合工藝要求。現(xiàn)場采用無紙記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)控坯料在加熱爐出口的溫度，通過脈沖采集每根坯料的實(shí)時(shí)溫度，一旦溫度高于500℃，開始觸發(fā)記錄，顯示儀中出現(xiàn)一次波峰，設(shè)定軋制溫度工藝參數(shù)，溫度不合格時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過溫度分選系統(tǒng)把料溫不合格的坯料排出。該儀器可以連續(xù)記錄3個(gè)月，以備檢查，從根本上排除了由于加熱造成軋件縮孔的影響。

（3）原材料的影響 原材料本身會(huì)存在夾雜物、疏松等內(nèi)部缺陷。低熔點(diǎn)的夾雜物在加熱后熔化，此時(shí)，該部位晶粒是不連續(xù)的，成為零件成形時(shí)低強(qiáng)度的源頭，在后續(xù)成形過程中，以此處為裂紋源，逐漸拉伸擴(kuò)展而成縮孔。原材料疏松等級(jí)較高時(shí)，內(nèi)部整體致密度差，更增加了軋件心部疏松的風(fēng)險(xiǎn)。

解決辦法：要求原材料在低倍檢測時(shí)，不允許有縮孔、氣泡、裂紋、夾渣、翻皮和白點(diǎn)，一般疏松≤2.0，中心疏松≤2.0。出廠前，按照GB/T4162對(duì)原材料進(jìn)行超聲波逐根100%全覆蓋檢測，符合B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方可接收。

圖1 無紙記錄儀

2. 縮孔檢測

生產(chǎn)中主要是使用超聲波探傷儀來檢測軋件內(nèi)部質(zhì)量，可以在不破壞軋件完整的前提下對(duì)零件內(nèi)部質(zhì)量來進(jìn)行檢測，判斷是否存在中心疏松和孔洞。檢測原理是：超聲波以持續(xù)時(shí)間極短的發(fā)射脈沖發(fā)射到被測試件的內(nèi)部，利用被測試件的內(nèi)部缺陷或者地面反射回來的回波信號(hào)來探知反射源的具體位置和大小，從而判斷被測試件的完整性，即判斷其是否有缺陷存在，并且可以進(jìn)一步探知缺陷位置和大小。

使用CTS-1002plus型號(hào)的超聲波探傷儀來進(jìn)行軋件內(nèi)部質(zhì)量檢測，在被測軋件表面均勻涂抹耦合劑（全損耗系統(tǒng)用油），用2.5MHz的探頭在軋件表面通過掃查的方式來進(jìn)行檢測。

有研究發(fā)現(xiàn)，鍛件缺陷低倍檢驗(yàn)圖與檢測波形存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用該對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以預(yù)判軋件的缺陷類型。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)縮孔及其對(duì)應(yīng)的缺陷波形，如圖2所示，易產(chǎn)生粗晶的鋼種，在探測時(shí)會(huì)出現(xiàn)高的噪聲，生成回波，應(yīng)該仔細(xì)研究回波是來自缺陷還是由粗大晶粒散射引起，通常是在缺陷波位置處取樣做金相分析，如圖3所示。

圖2 縮孔及其對(duì)應(yīng)的傷波

圖3 晶粒粗大及其對(duì)應(yīng)的傷波

3. 結(jié)語

生產(chǎn)中通過維護(hù)模具的合理狀態(tài)、控制加熱溫度和原材料全探傷的方法，保證楔橫軋軋制產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量合格、穩(wěn)定。

用超聲波探傷儀來檢測，可以在保證軋件完整的情況下，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，并幫助判定缺陷類型，是有效的質(zhì)量控制手段。