鍛件的案例
AerMet100鋼鍛件鍛造過(guò)程的三維熱力耦合數(shù)值模擬和細(xì)晶化大型模鍛件研制
圖9 典型點(diǎn)溫度變化曲線
對(duì)鍛件內(nèi)部溫度場(chǎng)的研究可以得出結(jié)論：在給定的工藝參數(shù)下，鍛件內(nèi)部溫升有限，各部位溫度始終在1050℃以下。
AerMet100 鋼細(xì)晶化大型模鍛件研制
使用上述較優(yōu)化的工藝參數(shù)和坯料，在西安三角防務(wù)400MN 模鍛液壓機(jī)上試制了兩批次某型飛機(jī)AerMet100 鋼起落架模鍛件。試制結(jié)果表明，鍛件成形良好，無(wú)折疊、夾傷等缺陷，表面質(zhì)量好。鍛件心部和表面均達(dá)到了8 級(jí)以上的晶粒度，綜合性能全面達(dá)標(biāo)。
表1 為AerMet100 鋼起落架模鍛件力學(xué)性能，可以看出，兩批次模鍛件均達(dá)到了優(yōu)良的綜合性能，尤其在只優(yōu)化鍛造工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，首次在國(guó)內(nèi)取得了σb>1950MPa，KIC>150MPa·m1/2，具有優(yōu)良綜合性能的細(xì)晶化大型AerMet100 鋼模鍛件。
展開(kāi) 淺談超大型環(huán)鍛件、筒體鍛件軋制成形技術(shù)
本文主要介紹了大型環(huán)形鍛件、筒體鍛件生產(chǎn)的新工藝——徑軸向軋制技術(shù)，并介紹了當(dāng)今世界上最大的軋環(huán)機(jī)的設(shè)備能力，以及直徑15.45m 超大環(huán)件和直徑6m 的筒體軋制成形過(guò)程。
超大型環(huán)鍛件、筒體鍛件是大型裝備必不可少的關(guān)鍵零部件，在海上風(fēng)電、核電、水電、石油煉化、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的高速發(fā)展，受國(guó)內(nèi)制造工藝水平和能力的限制，大型環(huán)鍛件、筒體鍛件的供需矛盾日益顯現(xiàn)，有些裝備制造廠家不得不將目光轉(zhuǎn)向國(guó)外進(jìn)口。
當(dāng)前直徑超過(guò)10m 的大型環(huán)鍛件多采用分段拼焊工藝或鑄造工藝生產(chǎn)，如大型混凝土回轉(zhuǎn)窯輪帶多采用鑄造工藝生產(chǎn)，由于工件直徑大，不得不設(shè)置多個(gè)澆冒口，不僅材料利用率低，而且砂眼、縮孔、冷隔等鑄造缺陷很難避免。而大型環(huán)鍛件的分段拼焊工藝則存在焊縫與本體組織狀態(tài)不一致的顯著缺陷。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)直徑4m 以上的大型筒體鍛件多采用自由鍛方式生產(chǎn)，主要生產(chǎn)廠家有中國(guó)一重、二重、上重、中信重工等大型鍛造企業(yè)，2015年中信重工用185MN 油壓機(jī)鍛造出直徑6.72m，高3.95m，重202t 的超大型筒體，受油壓機(jī)凈空高度、開(kāi)檔尺寸等限制，該尺寸的筒體鍛件基本已達(dá)到設(shè)備的極限。
此外，大型自由鍛件鍛造時(shí)間一般較長(zhǎng)，始鍛部位與終鍛部位的鍛造溫度和變形量很難均勻一致，因此鍛件內(nèi)部組織和晶粒度會(huì)差異較大，尤其像奧氏體不銹鋼這類不能通過(guò)后續(xù)熱處理細(xì)化晶粒的鍛件，其差異性更為明顯。
大型環(huán)鍛件、筒體鍛件的生產(chǎn)無(wú)論是拼焊工藝、鑄造工藝還是自由鍛工藝均存在生產(chǎn)效率低、均質(zhì)性差、材料消耗大的共性問(wèn)題。
展開(kāi) 大型鍛件的極端制造
大型鍛件的傳統(tǒng)制造方式是采用大型鋼錠開(kāi)坯、自由鍛造成形。但隨著重大裝備的不斷發(fā)展，對(duì)大型鍛件的要求越來(lái)越高，不僅規(guī)格和截面越來(lái)越大，而且內(nèi)在質(zhì)量也不斷提高，傳統(tǒng)的制造方式已經(jīng)難以滿足要求。為了適應(yīng)高端裝備的需求，實(shí)現(xiàn)大型鍛件形質(zhì)兼?zhèn)涞哪繕?biāo)，急需對(duì)制造方式進(jìn)行變革。為此，以傳統(tǒng)鋼錠制造技術(shù)提升和新型增材制坯技術(shù)開(kāi)發(fā)為代表的均質(zhì)化制坯、一體化制造及模鍛化成形等極端制造方式應(yīng)運(yùn)而生。
大型鍛件是電力、冶金、石化、造船、礦山、航空航天、軍工等裝備（圖1）的基礎(chǔ)部件，其經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)性強(qiáng)，涵蓋面廣，是裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上不可缺少的重要一環(huán)。
大型鍛件傳統(tǒng)的制造方式是自由鍛造成形，“肥頭大耳”和“傻大黑粗”曾經(jīng)是大型鍛件的代名詞。為了扭轉(zhuǎn)大型鍛件材料利用率低、成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定的被動(dòng)局面，需要?jiǎng)?chuàng)新思路，向“不可能”發(fā)起挑戰(zhàn) ，進(jìn)行大型鍛件的轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過(guò)均質(zhì)化、一體化、模鍛化，實(shí)現(xiàn)極端制造的目標(biāo)。
均質(zhì)化制坯
大型鍛件的質(zhì)量主要表現(xiàn)在純凈性、均勻性和致密性三方面，提高大型鍛件的質(zhì)量、降低制造成本、實(shí)現(xiàn)極端制造，需要從鍛件的“三性”入手開(kāi)展研制工作。熱加工不同工序與鍛件“三性”的關(guān)系如表1所示。
從表1可以看出，在大型鍛件的熱加工工序中，鑄錠/制坯是影響鍛件“三性”的關(guān)鍵重要環(huán)節(jié)。因此，國(guó)內(nèi)外鍛件供應(yīng)商越來(lái)越重視鍛件坯料的制備。為了獲得均質(zhì)化的坯料，除了對(duì)傳統(tǒng)制坯過(guò)程（冶煉、鑄錠、開(kāi)坯）進(jìn)行集成創(chuàng)新，各種增材制坯方法也躍躍欲試。
表1 熱加工不同工序與鍛件“三性”的關(guān)系
圖1 大型鍛件的主要應(yīng)用領(lǐng)域
大型、超大型鋼錠制備
為了提高大型、超大型鋼錠的均勻性與純凈性，中國(guó)一重集成創(chuàng)新發(fā)明了一系列冶煉及鑄錠技術(shù)。
⑴低硅控鋁鋼冶煉技術(shù)。
為了減少夾雜物并獲得本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，發(fā)明了低硅控鋁鋼制造技術(shù)。
展開(kāi) 大型支座鍛件工藝開(kāi)發(fā)及優(yōu)化提高
圖7 大型支座鍛件樣件調(diào)試實(shí)物圖
工藝優(yōu)化提高
根據(jù)第一次樣件調(diào)試結(jié)果情況分析，折紋比例達(dá)到了20%，后續(xù)需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。折紋隱患很可能引起淬火裂紋延伸，導(dǎo)致鍛件報(bào)廢，為了完全消除折疊質(zhì)量隱患及降低操作工打磨勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)模鍛成形工藝進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后鍛件結(jié)構(gòu)如圖8所示，上模中間圓形凸臺(tái)取消，改成整體圓錐，這樣改善了金屬流動(dòng)趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)再次有限元模擬分析得知，整個(gè)模鍛成形過(guò)程中金屬流動(dòng)不再出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，折疊質(zhì)量隱患得到完全消除。經(jīng)過(guò)幾個(gè)批次的批量生產(chǎn)驗(yàn)證，沒(méi)有出現(xiàn)折疊質(zhì)量隱患，鍛件質(zhì)量得到可靠保證。
圖8 鍛件優(yōu)化后模鍛工藝方案
結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)大型鍛件模鍛工藝開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，借助DEFORM有限元模擬分析軟件，通過(guò)模擬分析整個(gè)鍛件成形過(guò)程，可以提前發(fā)現(xiàn)鍛件質(zhì)量隱患并進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，找出最佳的模鍛工藝設(shè)計(jì)方案，縮短開(kāi)發(fā)周期并降低開(kāi)發(fā)成本，使鍛件產(chǎn)品質(zhì)量得到可靠保證。
展開(kāi) 
變形量對(duì)余熱淬火鏈軌節(jié)鍛件晶粒度的影響
本文以我公司某鏈軌節(jié)鍛件產(chǎn)品為例，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)多工位模鍛過(guò)程中各工步鍛造變形量對(duì)余熱淬火鍛件晶粒度的影響進(jìn)行了研究。
圖1 變形程度與晶粒度的關(guān)系
各工位模鍛件晶粒度變化規(guī)律
該鏈軌節(jié)鍛件鍛造工藝為：棒料→壓扁→預(yù)鍛→終鍛→沖孔切邊，為研究各工位鍛件晶粒度的變化規(guī)律，分別取每個(gè)工位的鍛件，在950℃下進(jìn)行油淬，并在鍛件相同位置取樣剖切以觀察其晶粒度。試驗(yàn)件如圖2 所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 不同鍛造工藝下各工位鍛件晶粒度
圖2 不同工位的淬火鍛件
可以看到，由棒料直接成形得到的終鍛件，其晶粒度級(jí)別最高為4.8 級(jí)；增加了預(yù)鍛工位之后，從棒料到預(yù)鍛件，晶粒度由3.0 級(jí)提高至4.5 級(jí)，從預(yù)鍛到終鍛晶粒度基本無(wú)變化；繼續(xù)增加壓扁工位，從棒料到壓扁件，晶粒度提高了0.7 級(jí)，從壓扁件到預(yù)鍛件，晶粒度提高了0.4 級(jí)，從預(yù)鍛到終鍛晶粒度無(wú)變化，此種工藝得到的終鍛件晶粒度最低僅為4.1 級(jí)。
由此推斷，鏈軌節(jié)鍛造過(guò)程中晶粒的細(xì)化主要是在棒料到預(yù)鍛的變形過(guò)程中完成的，預(yù)鍛以后的終鍛以及沖孔切邊工位，對(duì)晶粒度基本無(wú)影響。并且隨著變形工步的增多，由于各工步間變形程度減小，鍛件晶粒度變差。
變形量對(duì)晶粒度的影響
工件在壓扁工位上變形時(shí)，坯料的高度減小，橫截面積增大，基本上屬于鐓粗成形。而工件在預(yù)鍛工位上的變形復(fù)雜，坯料局部是以鐓粗壓入的方式成形，高度減小；局部是以擠壓的方式成形，高度增加。鍛件晶粒的細(xì)化是在這兩步成形過(guò)程中完成的，對(duì)于鍛件局部來(lái)說(shuō)，其過(guò)程復(fù)雜，需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)以上情況，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，分別改變壓扁工位和預(yù)鍛工位的變形量，記錄不同變形量下終鍛件晶粒度的變化趨勢(shì)。
展開(kāi) 重復(fù)熱處理及防護(hù)層對(duì)CrNiMoV鋼鍛件組織性能的影響
鋼鍛件在熱加工過(guò)程中容易形成氧化皮和脫碳層，對(duì)于碳鋼和低合金鋼在800℃以上會(huì)形成“高溫鱗皮”狀的氧化皮，以往此類鍛件按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)余量均不小于5mm。本論文從工程應(yīng)用的角度，通過(guò)在鍛件表面噴涂防護(hù)層，減小高溫下保溫過(guò)程的氧化程度，提高鍛件表面質(zhì)量并減小單邊設(shè)計(jì)余量，通過(guò)重復(fù)熱處理調(diào)整鍛件的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了此類鍛件的提質(zhì)增效降本。
試驗(yàn)材料和方法
試驗(yàn)用材料為某鋼廠φ250mm的鋼棒，化學(xué)成分如表1所示。按照制坯→模鍛→熱處理→粗加工的工藝路線生產(chǎn)盤(pán)鍛件，粗加工后在鍛件上切取試環(huán)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，用于重復(fù)熱處理的鍛件實(shí)物如圖1所示，在半件鍛件全表面噴涂某T系列防護(hù)涂層，涂層厚度0.1～0.3mm，并在鍛件上劃線區(qū)分噴涂區(qū)域和未噴涂區(qū)域。
表1 試驗(yàn)件用鋼的化學(xué)成分(%)
圖1 重復(fù)熱處理前鍛件實(shí)物
將噴涂后的鍛件按照標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度進(jìn)行重復(fù)熱處理，重復(fù)熱處理制度與標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度相同：920℃保溫240min出爐空冷，860℃保溫140min出爐水冷，650℃保溫300min出爐空冷，重復(fù)熱處理后的鍛件實(shí)物見(jiàn)圖2。
圖2 重復(fù)熱處理后鍛件實(shí)物
試驗(yàn)結(jié)果和分析
重復(fù)熱處理前噴涂防護(hù)劑對(duì)鍛件表面氧化皮的影響
圖2所示的熱處理后鍛件表面有輕微氧化皮，噴涂的區(qū)域表面質(zhì)量明顯優(yōu)于未噴涂的區(qū)域，為了進(jìn)一步評(píng)估重復(fù)熱處理后氧化皮的厚度，清理干凈鍛件表面松散的氧化皮后采用三坐標(biāo)掃描儀檢測(cè)了重復(fù)熱處理前后鍛件的形狀和尺寸，造型比對(duì)情況見(jiàn)圖3，鍛件重復(fù)熱處理后沿軸向發(fā)生了輕微的變形，為了定量評(píng)估氧化皮的厚度，在如圖4所示的縱剖面上選取了5個(gè)典型位置檢測(cè)了熱處理前后的尺寸，每個(gè)位置檢測(cè)3個(gè)點(diǎn)求平均值，相應(yīng)位置的尺寸差值平均值即對(duì)應(yīng)位置的氧化皮厚度。
展開(kāi) 7050 鋁合金H 形斷面模鍛件表層組織調(diào)控工藝
圖8 低溫小變形后的試驗(yàn)鍛件
圖9 低溫小變形鍛件的溫度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)分布圖
將壓制后的鍛件固溶淬火處理，固溶溫度470 ℃，固溶時(shí)間30min，淬火水溫為30℃，選取鍛件的表層和心部位置（圖6 的1 和3 位置）進(jìn)行金相分析。
圖10 為經(jīng)過(guò)低溫小變形調(diào)控后的鍛件表層與心部金相圖，由于低溫小變形過(guò)程中同時(shí)提高了鍛件表層的變形溫度和變形量，使鍛件表層獲得應(yīng)變的高效累積，提高了鍛件表層位錯(cuò)密度，在后續(xù)固溶過(guò)程中，累積的形變儲(chǔ)能通過(guò)靜態(tài)再結(jié)晶行為釋放，使得鍛件表層晶粒組織變的細(xì)小均勻。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)低溫小變形工藝調(diào)控后的鍛件表層和心部的平均晶粒直徑分別減小到22μm 和19μm。由此可見(jiàn)，低溫小變形工藝可很好地解決熱模鍛工藝下模鍛件表層晶粒粗大的問(wèn)題，避免了因機(jī)加工去除表層粗大組織造成的材料浪費(fèi)。
圖10 鍛件表層和心部金相圖
結(jié)束語(yǔ)
對(duì)H 形斷面模鍛件的模擬分析和試驗(yàn)研究表明，“欠壓+低溫小變形”成形工藝可有效細(xì)化鍛件表層晶粒，實(shí)現(xiàn)了鍛件表層的組織調(diào)控，為提高大型模鍛件的組織均勻性提供了新思路。
講師，主要從事輕合金結(jié)構(gòu)件塑性成形工藝研究及組織性能調(diào)控，主持國(guó)家科技部科技型中小技術(shù)創(chuàng)新基金、河北省自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題各1 項(xiàng)，發(fā)表論文20 余篇，擁有發(fā)明專利2 項(xiàng)。
——文章來(lái)源：《鍛造與沖壓》 2020年第23期
展開(kāi) 大鍛件大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的研究
它在世界第一大鋁業(yè)公司ALCOA和著名的電力及自動(dòng)化公司ABB在中國(guó)的企業(yè)中都曾得到低成本高實(shí)效的應(yīng)用，值得中國(guó)大鍛件企業(yè)行業(yè)借鑒。
決策支持
決策支持系統(tǒng)能夠?yàn)闆Q策者提供所需的數(shù)據(jù)、信息和背景資料，幫助明確決策目標(biāo)和進(jìn)行問(wèn)題的識(shí)別，建立或修改決策模型，提供各種備選方案。并且對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選，通過(guò)人機(jī)交互功能進(jìn)行分析、比較和判斷，為正確的決策提供必要的支持。決策支持系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是對(duì)管理決策的支持，而不是決策的自動(dòng)化。因此，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析報(bào)告和BI報(bào)告都是決策支持的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際需要選擇商業(yè)軟件或訂制開(kāi)發(fā)。
結(jié)束語(yǔ)
本文給出以下主要結(jié)論：①大數(shù)據(jù)是根本性解決大鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題的一種必要選擇，是實(shí)現(xiàn)大鍛件智能制造的必由出路；②大鍛件工藝參數(shù)化方法和工藝細(xì)化軟件是增加有價(jià)值的大鍛件數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)目標(biāo)的源頭，本文給出了基本方法和軟件雛形；③給出了采集存儲(chǔ)工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備中數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)并加以集成應(yīng)用的建議方法和數(shù)據(jù)庫(kù)雛形；④給出了創(chuàng)新的大鍛件統(tǒng)計(jì)分析方法，智能報(bào)告方法和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)。
本研究對(duì)穩(wěn)定我國(guó)大鍛件的產(chǎn)品質(zhì)量、支持大鍛件企業(yè)管理決策、實(shí)現(xiàn)大鍛件大數(shù)據(jù)目標(biāo)、智能制造以及企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)有一定的參考價(jià)值。
——摘自《鍛造與沖壓》2016年第3期
展開(kāi) 大型航空模鍛件生產(chǎn)工藝研究
大型航空模鍛件是指在大型模鍛壓力機(jī)上生產(chǎn)的航空模鍛件，而大型模鍛壓力機(jī)是指壓力必須是4 萬(wàn)噸級(jí)以上的模鍛壓力機(jī)，大型模鍛壓力機(jī)的鍛造特點(diǎn)是可通過(guò)大的壓力、長(zhǎng)的保壓時(shí)間、慢的變形速度來(lái)改善變形材料的致密度，使鋁合金、鈦合金、粉末合金等難變形材料通過(guò)均勻的塑性變形來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。
大型航空模鍛件的制造行業(yè)是關(guān)系到國(guó)家安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，也是國(guó)家能力的重要組成，迄今為止，僅有中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)四個(gè)國(guó)家有類似設(shè)備，中國(guó)的8 萬(wàn)噸模鍛壓力機(jī)全世界最大。為提高航空產(chǎn)品的整體性能，大型航空模鍛件在航空制造領(lǐng)域的需求會(huì)越來(lái)越多。
大型航空模鍛件的特點(diǎn)
大型航空模鍛件在飛機(jī)機(jī)體、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳等受力構(gòu)件中廣泛應(yīng)用，整體模鍛件比以大量小零件組合的構(gòu)件和自由鍛等毛坯制的整體零件都要優(yōu)越，由于減少了接頭、消除了應(yīng)力集中的來(lái)源——鉚接孔，因而具有較高的強(qiáng)度。
大型航空模鍛件整體模鍛時(shí)，采用的尺寸和重量都小于自由鍛件的預(yù)變形毛坯，這就能減少在鍛件內(nèi)部出現(xiàn)各種缺陷的可能性，保證了鍛件纖維方向與零件輪廓形狀相符合，減少了裝配工作量和機(jī)械加工余量（減少40% ～ 50%），使零件的使用壽命得以延長(zhǎng)。
大型航空模鍛件大多為密度較小的有色金屬材料，因?yàn)闇p輕飛行器重量一直都是航空科技工作者的重要目標(biāo)，所以鋁合金鍛件（圖1）和鈦合金鍛件（圖2）材料所占比例最多。
圖1 鋁合金鍛件
圖2 鈦合金鍛件
大型航空模鍛件的設(shè)備要求
美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)之所以能在航空領(lǐng)域傲視全球，得益于其擁有大型的模鍛設(shè)備。
展開(kāi) 鍛造溫度對(duì)TC25 鈦合金鍛件組織及性能的影響
鍛件各工序變形量設(shè)定的基本原則為：在鍛透的前提下盡量保證終鍛溫度，同時(shí)變形體內(nèi)部不能出現(xiàn)劇烈溫升，為了確保試驗(yàn)順利進(jìn)行，對(duì)鐓餅和終擴(kuò)工序進(jìn)行了模擬，分別如圖2 和圖3 所示。根據(jù)鍛件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)Q/S 12.2402 及相關(guān)資料，本試驗(yàn)鍛件熱處理制度為：一次退火，(900～980℃)×(90～100min)，空冷；二次退火，(500～540℃)×(300～360min)，空冷。
圖2 第1火模擬結(jié)果
圖3 第2火模擬結(jié)果
試驗(yàn)方案
本試驗(yàn)思路為：鍛件生產(chǎn)前在原材料棒材上切取φ200mm×20mm的低倍片進(jìn)行空燒，將初始等軸α含量控制在25%～35%，此時(shí)的空燒溫度記為T(mén)0，本試驗(yàn)測(cè)得T0 為995℃，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了A、B 兩種鍛造加熱方案(表5)。由表5 可知，兩種加熱方案的鐓粗工序加熱溫度均適當(dāng)降低，這是由于棒料鐓粗時(shí)變形較為劇烈，適當(dāng)降低溫度可預(yù)防坯料心部過(guò)熱、過(guò)燒現(xiàn)象。
表5 兩種鍛造加熱方案
試驗(yàn)結(jié)果及分析
采用A、B 兩種鍛造加熱方案各生產(chǎn)1 件試驗(yàn)件，分別記為鍛件A 和鍛件B，鍛件熱處理后檢測(cè)高倍組織及弦向力學(xué)性能。原材料在995℃下的高倍組織和鍛件高倍組織見(jiàn)圖4，鍛件室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能對(duì)比分別如表6、表7、表8 所示，此外兩試驗(yàn)件在500℃、550℃下的高溫持久性能皆符合要求。
表6 不同加熱方案鍛件室溫力學(xué)性能
表7 不同加熱方案鍛件高溫力學(xué)性能
表8 不同加熱方案鍛件熱穩(wěn)定性(550℃×100h，空冷)
圖4 試驗(yàn)件高倍組織照片(500×)
從圖4 中可以看出，鍛件A 和鍛件B 的顯微組織特征均為在β 轉(zhuǎn)變基體上分布著等軸α 相。
展開(kāi) 大型鍛件工藝數(shù)據(jù)智能化處理與優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
鍛件圖自動(dòng)繪制
以餅類件為例，程序主界面的主菜單欄中設(shè)計(jì)有兩個(gè)下拉式子菜單，分別是“新建”和“打印鍛造工藝”。當(dāng)用戶點(diǎn)擊下拉式子菜單“新建”后，程序?qū)⒆詣?dòng)彈出對(duì)話框“輸入粗加工尺寸”，如圖2 所示；工藝人員輸入尺寸參數(shù)并點(diǎn)擊按鈕“確定”，程序?qū)⒆詣?dòng)獲取編輯框中的數(shù)值，并傳遞給程序的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)運(yùn)算結(jié)束后，系統(tǒng)將自動(dòng)繪制鍛件的鍛件圖，并在主界面中顯示，如圖3 所示。
圖2 對(duì)話框“輸入粗加工尺寸”
圖3 鍛件圖自動(dòng)繪制
同時(shí)，為了靈活應(yīng)對(duì)不同材質(zhì)、不同規(guī)格尺寸鍛件，便于工藝設(shè)計(jì)人員調(diào)整余量及鍛件尺寸公差，本程序也設(shè)計(jì)有“修改”功能，如圖4 所示。鍛件圖自動(dòng)繪制后，程序提示用戶確認(rèn)鍛件圖，如需修改調(diào)整鍛件尺寸，可選擇對(duì)話框中的“修改”按鈕并點(diǎn)擊確定，程序?qū)⒆詣?dòng)彈出對(duì)話框“自行輸入鍛件尺寸”，如圖5 所示。當(dāng)然，對(duì)于用戶手動(dòng)輸入的數(shù)值，系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的“有效性檢查”，如輸入的餅類鍛件直徑小于粗加工直徑尺寸，系統(tǒng)將自動(dòng)提示用戶“輸入的尺寸有誤”。用戶手動(dòng)修改鍛件尺寸后，編輯框中的數(shù)值將自動(dòng)傳遞給相關(guān)的程序語(yǔ)句，鍛件圖也將自動(dòng)重新繪制。
圖4 對(duì)話框“修改”
圖5 對(duì)話框“自行輸入鍛件尺寸”
鍛件重量的自動(dòng)計(jì)算及鍛造設(shè)備的自動(dòng)選取
在工藝設(shè)計(jì)人員確認(rèn)鍛件尺寸之后，程序?qū)⒏鶕?jù)產(chǎn)品的形狀、材質(zhì)等信息自動(dòng)計(jì)算鍛件重量，并且根據(jù)坯料尺寸、鍛件重量、預(yù)估成形力等因素自動(dòng)匹配鍛件的成形設(shè)備。
鋼錠自動(dòng)篩選并推薦最佳的鋼錠規(guī)格
鍛件重量計(jì)算結(jié)束后，程序?qū)⒔Y(jié)合企業(yè)多年來(lái)生產(chǎn)同類產(chǎn)品的鋼錠利用率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從錠型庫(kù)中自動(dòng)篩選出較為合理的鋼錠規(guī)格；如篩選得到較為合理的鋼錠規(guī)格為多個(gè)，系統(tǒng)還將自動(dòng)推薦最合理的鋼錠規(guī)格。在沒(méi)有特殊要求的情況下，鋼錠重量小、材料利用率高的鋼錠規(guī)格為最佳鋼錠規(guī)格。
展開(kāi) 
2018年船用大鍛件的市場(chǎng)分析和質(zhì)量要求
對(duì)C、Si、Mn的含量應(yīng)限定范圍，船體用大鍛件的C含量不能過(guò)低，否則影響鍛件的強(qiáng)度。要采用有效的工藝措施，提高鋼水純凈度和表面質(zhì)量，減少鋼錠的偏析、縮孔和疏松，降低氫、氧等氣體的含量。生產(chǎn)廠家可自行選擇細(xì)化晶粒的元素，但應(yīng)在化學(xué)成分報(bào)告中注明。
化學(xué)成分報(bào)告、冶煉記錄要妥善保管，在需要時(shí)供驗(yàn)船師使用。
熱處理
鍛件良好的熱處理是獲得滿意力學(xué)性能的重要條件。制定熱處理工藝時(shí)，要考慮到船規(guī)中對(duì)某些零件回火溫度下限的要求。對(duì)舵桿、中間軸、螺旋槳軸等截面大、尺寸長(zhǎng)的大鍛件，船規(guī)中規(guī)定兩端取料做力學(xué)性能試驗(yàn)。
熱處理的操作記錄、儀表圓盤(pán)記錄要標(biāo)明鍛件名稱、數(shù)量、爐號(hào)、卡號(hào)、起止時(shí)間等內(nèi)容。熱處理工序應(yīng)形成報(bào)告，供驗(yàn)船師審核。
力學(xué)性能
船體用大鍛件和軸系用鍛件的力學(xué)性能，各船級(jí)社的要求有一定的不同。
拉伸試驗(yàn)，CCS、LR、ABS要求抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率，DNV增加斷面收縮率。
沖擊試驗(yàn)，DNV要求對(duì)所有鍛件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，CCS、LR僅對(duì)冰區(qū)航行船舶的舵桿、舵銷、螺旋槳軸有沖擊試驗(yàn)要求，而ABS則無(wú)沖擊試驗(yàn)要求。
沖擊試驗(yàn)溫度，CCS、LR要求為-10℃，DNV要求船體用大鍛件為0℃，軸系用鍛件為20℃.
硬度，LR、DNV無(wú)硬度要求，CCS僅對(duì)軸系用鍛件有要求，ABS則全部要求。
取樣數(shù)量，一般每個(gè)鍛件取一組試樣（一拉或一拉三沖）。當(dāng)鍛件粗加工重量超過(guò)4000kg且長(zhǎng)度超過(guò)3m時(shí)，CCS、LR、DNV要求從鍛件的每一端取一組試樣。ABS要求，當(dāng)鍛件粗加工重量超過(guò)3180kg時(shí)，從鍛件的每一端取一組試樣。
表1 船用鍛件需要試驗(yàn)的項(xiàng)目
各船級(jí)社規(guī)定的鍛件取樣位置如表2所示。
表2 各船級(jí)社規(guī)定的鍛件取樣位置
CCS、LR、ABS、DNV四家船級(jí)社均采用直徑為14mm、標(biāo)距為70mm的拉伸試樣。
展開(kāi) 軸承套圈塔鍛成形鍛件表面缺陷控制方法的研究
在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，塔鍛鍛件表面存在塌角、內(nèi)陷、毛刺等缺陷，為了能夠更好的解決塔鍛鍛件表面缺陷，需要對(duì)塔鍛成形過(guò)程進(jìn)行模擬，尋找鍛件表面缺陷的控制方法，通過(guò)改變相關(guān)控制方法，來(lái)提高塔鍛鍛件表面質(zhì)量。
塔鍛鍛件表面缺陷影響因素分析
塔鍛鍛件表面缺陷類型
圖1是塔鍛成形鍛件的表面缺陷示意圖。由圖1可知，塔鍛成形鍛件表面缺陷主要有塌角、凹陷、毛刺三類。
塔鍛鍛件表面缺陷的影響
圖1 塔鍛成形鍛件表面缺陷示意圖
在軸承制造行業(yè)中，鍛造工序?yàn)楹笮蜍嚰庸ち粲幸欢ㄓ嗔浚?em>鍛件表面缺陷嚴(yán)重將導(dǎo)致在車加工工序根據(jù)工藝要求加工之后，實(shí)際加工件卻未達(dá)到工藝要求，如塌角或凹陷過(guò)深，超過(guò)加工余量，車加工完成后表面仍有氧化皮未車掉；存在毛刺輕則降低加工效率，重則撞刀報(bào)廢。
塔鍛鍛件表面缺陷形成原因
塔鍛鍛件表面缺陷形成原因主要有以下幾類：⑴熱鍛成形過(guò)程中，為保證模具壽命和鍛件順利脫模，需經(jīng)常為模具表面噴淋脫模劑，為模具提供潤(rùn)滑和冷卻，因脫模劑大多為汽霧，這樣不可避免的會(huì)在模具型腔表面殘留。若殘留脫模劑高溫汽化未來(lái)得及排出，成形時(shí)擠壓了鍛件成形的空間，導(dǎo)致成形后鍛件表面有凹陷和凹模型腔拐角處的塌角；⑵由于成形時(shí)下料重量欠缺，鍛件沒(méi)有完全依靠模具成形，部分仍處于自由態(tài)，導(dǎo)致鍛件表面圓角塌角；⑶由于模具存在配合間隙，下料重量超重導(dǎo)致成形時(shí)發(fā)生溢料現(xiàn)象，在鍛件表面形成毛刺。
塔鍛成形過(guò)程仿真模擬分析
建立仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。NJ312E軸承套圈塔鍛成形為例，通過(guò)CREO軟件建立stl格式文件的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢⑵鋵?dǎo)入DEFORM-3D軟件進(jìn)行塔鍛成形仿真模擬分析。
展開(kāi) 某大型鑄改鍛船機(jī)曲軸鍛件研制
⑸曲軸鍛件交驗(yàn)依據(jù)、交驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：曲軸鍛件交驗(yàn)依據(jù)為用戶提供的半成品交貨圖，結(jié)合以往曲軸制造經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)工序間協(xié)商，交驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)確定為軸向余量不小于5mm，徑向余量不小于10mm。
⑹曲軸鍛件兩端工藝尺寸留放：8 缸曲軸鍛件自由端、輸出端除用戶工藝頸外，由于調(diào)質(zhì)重量超過(guò)3000kg，需在兩端加放200mm 力學(xué)性能試棒，此外，由于8 缸曲軸鍛件采用立式調(diào)質(zhì)，需在自由端加放145mm 吊裝頭；6 缸曲軸鍛件由于采用臥式調(diào)質(zhì)，可以省去145mm 吊裝頭，其余與8 缸曲軸鍛件相同。
⑺模具設(shè)計(jì)：由于模具項(xiàng)、件多，需盡可能借用或者改制封存模具。
⑻鍛造成形工藝試驗(yàn)：采用替代料實(shí)施2 拐鍛造成形，運(yùn)用“試錯(cuò)法”驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)及其他工藝參數(shù)。
鍛造工藝設(shè)計(jì)
鍛造工藝流程為：光坯入廠復(fù)驗(yàn)→機(jī)加工制坯→TR 鍛造→曲軸鍛件工序交驗(yàn)→正火→校直→高溫回火→表面清理→曲軸鍛件完工交驗(yàn)。
曲軸鍛件
曲軸鍛件設(shè)計(jì)遵循工藝方案的要求，力求通過(guò)工藝設(shè)計(jì)解決鍛造難點(diǎn)。
針對(duì)曲柄臂外圓周為非加工面的工藝難點(diǎn)，通過(guò)與用戶技術(shù)交流，用戶同意修改曲柄臂外形并將其外圓周改為加工面，減小了鍛造難度，有利于保證曲軸半成品、成品質(zhì)量。
針對(duì)三曲柄臂平衡塊安裝面高且寬的工藝難點(diǎn)，采取四項(xiàng)措施減小鍛造難度，確保曲柄臂充填飽滿：⑴合理留放平衡塊安裝面加工余量；⑵設(shè)計(jì)兩種不同的曲柄臂鍛件外形；⑶不同的曲柄臂鍛件外形采用不同的預(yù)鍛模和曲柄臂側(cè)壓模；⑷減小預(yù)鍛模分模面開(kāi)口角度以增大預(yù)鍛量。
針對(duì)四曲柄臂橢圓度大的工藝難點(diǎn)，采取三項(xiàng)措施控制徑向飛邊大小，同時(shí)減小曲柄臂主軸頸側(cè)易塌邊風(fēng)險(xiǎn)：⑴加大曲柄臂鍛件短軸方向的余量且兩種形狀曲柄臂余量不相同；⑵合理確定曲柄臂與側(cè)壓模之間的厚度差；⑶合理增加預(yù)鍛模型腔深度。
展開(kāi) 風(fēng)電增速箱鍛件制造技術(shù)及質(zhì)量控制的研究
風(fēng)電增速箱鍛件主要涉及到原材料、加熱、鍛造、鍛后熱處理、檢測(cè)等過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格控制才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍛件產(chǎn)品。本文主要論述了風(fēng)電增速箱鍛件生產(chǎn)制造過(guò)程要求及各節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對(duì)提高風(fēng)電增速箱鍛件質(zhì)量和一次合格率具有重要的指導(dǎo)意義。
