大型鍛件
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
大型鍛件的實例教程
大型鍛件的傳統(tǒng)制造方式是采用大型鋼錠開坯、自由鍛造成形。但隨著重大裝備的不斷發(fā)展，對大型鍛件的要求越來越高，不僅規(guī)格和截面越來越大，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，實現(xiàn)大型鍛件形質(zhì)兼?zhèn)涞哪繕耍毙鑼χ圃旆绞竭M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)濟帶動性強，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)定的被動局面，需要創(chuàng)新思路，向“不可能”發(fā)起挑戰(zhàn) ，進行大型鍛件的轉(zhuǎn)型升級。通過均質(zhì)化、一體化、模鍛化，實現(xiàn)極端制造的目標。
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、實現(xiàn)極端制造，需要從鍛件的“三性”入手開展研制工作。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，國內(nèi)外鍛件供應(yīng)商越來越重視鍛件坯料的制備。為了獲得均質(zhì)化的坯料，除了對傳統(tǒng)制坯過程（冶煉、鑄錠、開坯）進行集成創(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)細晶粒鋼，發(fā)明了低硅控鋁鋼制造技術(shù)。
展開 系統(tǒng)將收集各類鍛件毛坯尺寸（鍛造規(guī)范添加鍛造余量）、鍛造輔具參數(shù)、鍛件成形方式、加工方式等數(shù)據(jù)，利用“大數(shù)據(jù)”對上述數(shù)據(jù)進行整理、分析、提取，實現(xiàn)大型鍛件工藝數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)和共享。
結(jié)束語
大型鍛件工藝數(shù)據(jù)智能化處理與優(yōu)化系統(tǒng)把更多與產(chǎn)品研發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)集中到一起統(tǒng)一管理，最大限度地提高工藝設(shè)計效率和質(zhì)量，保證工藝數(shù)據(jù)能得到準確的反饋和及時的修訂，有利于工藝人員有更多的時間去從事工藝改進和其他科研工作。
——本文選自《鍛造與沖壓》2018年第7期
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)，并介紹了當今世界上最大的軋環(huán)機的設(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。隨著我國裝備制造業(yè)的高速發(fā)展，受國內(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)向國外進口。
當前直徑超過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。
當前國內(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 油壓機鍛造出直徑6.72m，高3.95m，重202t 的超大型筒體，受油壓機凈空高度、開檔尺寸等限制，該尺寸的筒體鍛件基本已達到設(shè)備的極限。
此外，大型自由鍛件鍛造時間一般較長，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)部組織和晶粒度會差異較大，尤其像奧氏體不銹鋼這類不能通過后續(xù)熱處理細化晶粒的鍛件，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題。
展開 大型鍛件鍛造新理論與新工藝的數(shù)值模擬供參考
大型鍛件鍛造新理論與新工藝的數(shù)值模擬.part1.rar
大型鍛件鍛造新理論與新工藝的數(shù)值模擬.part2.rar
大型航空模鍛件是指在大型模鍛壓力機上生產(chǎn)的航空模鍛件，而大型模鍛壓力機是指壓力必須是4 萬噸級以上的模鍛壓力機，大型模鍛壓力機的鍛造特點是可通過大的壓力、長的保壓時間、慢的變形速度來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均勻的塑性變形來滿足設(shè)計要求。
大型航空模鍛件的制造行業(yè)是關(guān)系到國家安全和國家經(jīng)濟命脈的不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，也是國家能力的重要組成，迄今為止，僅有中國、美國、俄羅斯、法國四個國家有類似設(shè)備，中國的8 萬噸模鍛壓力機全世界最大。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)域的需求會越來越多。
大型航空模鍛件的特點
大型航空模鍛件在飛機機體、起落架、發(fā)動機和螺旋槳等受力構(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)力集中的來源——鉚接孔，因而具有較高的強度。
大型航空模鍛件整體模鍛時，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械加工余量（減少40% ～ 50%），使零件的使用壽命得以延長。
大型航空模鍛件大多為密度較小的有色金屬材料，因為減輕飛行器重量一直都是航空科技工作者的重要目標，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、俄羅斯、法國之所以能在航空領(lǐng)域傲視全球，得益于其擁有大型的模鍛設(shè)備。
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大型鍛件的最新內(nèi)容
在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關(guān)重要。
在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大，端部鍛造流動缺陷可能導致材料去除量增加，影響材料利用率，同時鍛后熱處理的淬透性控制也至關(guān)重要。傳統(tǒng)的試錯法制定工藝不僅研發(fā)周期長，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化。
由對淬火應(yīng)力場的計算可知，大型鍛件中發(fā)生相變前，內(nèi)應(yīng)力主要是溫度梯度導致的熱應(yīng)力；在相變進行過程中，鍛件各部位內(nèi)應(yīng)力變化由相變應(yīng)力起主導，相變對內(nèi)應(yīng)力的影響遠大于溫度梯度導致的熱應(yīng)力。
采用高溫均勻化退火工藝處理鋁合金，可以使時效強化相和殘留的非平衡相最大程度固溶到基體中，并使其均勻分布，提高固溶后的固溶體濃度，達到提高時效強化的效果，同時針對大型鋁合金鍛件的組合熱處理工藝即熱變形與中間高溫均勻化及高溫固溶處理工藝進行整個熱處理過程的參數(shù)設(shè)計，可以在提高強度的同時提高應(yīng)力腐蝕性能。
其缺點是：要求有生產(chǎn)大型鍛件的專用設(shè)備，工藝、質(zhì)量檢驗比較復(fù)雜、轉(zhuǎn)子上零件損壞更換困難，甚至造成整個轉(zhuǎn)子報廢。汽輪機的高溫轉(zhuǎn)子均采用整鍛轉(zhuǎn)子。
3）組合轉(zhuǎn)子
組合轉(zhuǎn)子是在同一轉(zhuǎn)子上，高壓部分采用整鍛結(jié)構(gòu)，中、低壓部分采用套裝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)兼顧了整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點，因此，廣泛用于高、中等功率的汽輪機上。
大鍛件是相對概念，分大型模鍛件、大型自由鍛件、大型環(huán)形件和大口徑厚壁無縫管件。使用8MN以上自由鍛液壓機或30kN以上自由鍛錘生產(chǎn)的自由鍛件稱為大型自由鍛件。使用60MN以上模鍛壓力機、80MN以上模鍛液壓機或100kN以上模鍛錘生產(chǎn)的模鍛件為大型模鍛件。大型鍛件主要用于電力、冶金、石化、船舶、機車車輛、模具、航空航天、兵器、重型機械、交通運輸設(shè)備、礦山機械、通用機械等行業(yè)。
文／孫文東，沈汝利，王志亮，姜希翠，譚瀟·一汽鍛造（吉林）有限公司
一汽鍛造公司12500t 鍛造生產(chǎn)線，主要承擔集團內(nèi)部、外部重型卡車前軸、曲軸類大型模鍛件的生產(chǎn)，承擔著公司總產(chǎn)量的30%以上，于2006 年建成投產(chǎn)，屬于手動輔助操作的半自動化生產(chǎn)線。
雖然具備對等威脅，但是較大的體積增加了核潛艇載具設(shè)計難度，094型核潛艇不太流線的“大龜背”就是在超大型鈦合金鍛件技術(shù)不足的情況下，潛艇設(shè)計向?qū)椀耐讌f(xié)。或許不久的將來，更大096型潛艇和性能更優(yōu)異的巨浪3導彈會相輔相成，全面趕超美國。
近防炮方面，中國略勝：
中國“1130”近防炮：
美國“密集陣”近防炮：
近防炮是軍艦最后一道防線，相當于守門員的作用。
