12Cr钢台阶轴的自由锻造方法与流程

本发明涉及一种台阶轴的自由锻造方法。

背景技术：

改型12cr钢采用以12cr为基础的钢种，在基础钢里，添加mo、v、w等强烈的碳化物形成元素，形成稳定的、细小的碳、氮化合物以起强化作用。但由于其含有较多的合金元素，故在高温下要比碳钢和合金结构钢的变形抗力大。同时该类钢加热到锻造温度时，晶界上仍有第二相-α铁素体存在，由于它与基体γ相的机械性能和再结晶条件不同，致使钢的工艺塑性大为下降，故其锻造难度较碳钢和合金结构钢困难。

由于该类钢的可锻性差，故现有的12cr钢台阶轴锻件在生产时易发生如下问题：

1、台阶轴切肩后，再经平砧拔长、倒棱后，在滚圆成型过程中，由于锤击过重、材料表面温度降低和滚圆时坯料中心拉应力的综合作用，容易产生表面裂纹和中空纵裂；

2、为了在锻件上锻出台阶或凹档，必须先用三角压棍压肩或用圆压棍压痕，并切出所需坯料长度，然后将所需部分局部拔长，如果切肩过深在拔长后就会在切肩处留有深痕，台阶或凹档就会没有足够的修整余量使锻件报废；如果切肩过浅，且由于锻锤上下砧错移的原因，就会使台阶和凹档处在拔长时产生折叠。

上述问题的产生常致使锻件批量返修和报废，既浪费大量的能源，又耽误生产周期。

技术实现要素：

本发明为了解决目前的12cr钢台阶轴在自由锻造过程中容易发生表面裂纹或台阶、凹档容易折叠的问题。

12cr钢台阶轴的自由锻造方法，包括以下步骤：

步骤一、坯料加热：

对坯料采取低于750℃装炉，于750℃～850℃恒温，加热到始锻温度1150±10℃；

步骤二、坯料鐓粗后拔长：

采用先对坯料进行鐓粗，镦粗比达到2.5-3.0；然后采用拔长工艺拔长；

步骤三、切肩：

针对不同的切肩深度设计不同型号的切肩三角刀，并利用不同型号的切肩三角刀对台阶轴进行快速切肩，同时在台阶和凹档处留有足够的修整余量；

步骤四、台阶轴拔长：

调整锻造设备上下砧平直度，采用型摔胎模的成型操作方式，使毛坯呈轴向纤维流向，锻件塑性变形后得到等轴细晶组织；

步骤五、锻件修整后，进行锻造后热处理：

锻件修整后，随炉冷却。

优选地，步骤一所述750℃～850℃恒温的时长1-1.5小时。

优选地，步骤一所述加热到始锻温度1150±10℃的过程中升温速度为200℃/小时。

优选地，步骤四调整锻造设备上下砧平直度的过程中要保证不平度小于等于1％。

优选地，步骤一所述的750℃～850℃恒温的时长1小时。

本发明具有以下有益效果：

利用本发明进行12cr钢台阶轴的自由锻造，避免了锤击过程，而且本发明的装炉温度及始锻温度避免了快速加热时产生裂纹，也避免了长时间加热保温造成的晶粒粗大、产生过烧的问题。同时本发明在原有的只采用拔长工序前，增加鐓粗工序，能够使得工件达到规定的锻比，获得较好的晶粒度和力学性能；而且本发明为了锻出台阶和凹档，优化原有的采用三角压棍压肩或者采用圆压棍压痕等方式，针对不同的切肩深度设计不同型号的切肩三角刀，对台阶轴进行快速切肩，同时在台阶和凹档处留有足够的修整余量，避免了台阶或凹档没有足够的修整余量使锻件报废，解决了台阶、凹档容易折叠的问题。利用本发明进行12cr钢台阶轴的自由锻造，能够使锻件的报废率降低60％以上。

附图说明

图1为切肩三角刀的主视图；

图2为切肩三角刀的侧视图

图3为切肩三角刀工作示意图；

图4为型摔胎模设计图；

图5为型摔胎模工作示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：

12cr钢台阶轴的锻造过程需要通过合理地绘制台阶轴锻件图，计算坯料尺寸和质量，选取合适的加热方式和锻造温度，开发合适的压痕工具，优化原有地成型方式，达到锻件满足设计图纸要求和表面质量、力学性能满足技术标准规定。

本实施方式所述的12cr钢台阶轴的自由锻造方法，包括以下步骤：

步骤一、坯料加热：

对坯料采取低于750℃装炉，于750℃～850℃恒温，加热到始锻温度1150±10℃；

目前的12cr钢台阶轴的锻造方法，由于坯料表面存在细微缺陷，会造成快速加热时产生裂纹；该类钢加热温度过高时，一般在1200℃左右时，会有有害相δ铁素体形成，锻造时容易开裂；坯料在后续锻造过程中因加热不透也会产生中空纵裂；同时由于长时间加热保温会造成晶粒粗大、产生过烧等问题。采用本步骤的坯料加热步骤则可以防止这些问题的发生。

步骤二、坯料鐓粗后拔长：

采用先对坯料进行鐓粗，镦粗比达到2.5-3.0；然后采用拔长工艺拔长；

通过试验比较，在原有的只采用拔长工序前，增加鐓粗工序，并保证镦粗比达到2.5-3.0，可以获得较好的晶粒度和力学性能。

步骤三、切肩：

针对不同的切肩深度设计不同型号的切肩三角刀，并利用不同型号的切肩三角刀对台阶轴进行快速切肩，同时在台阶和凹档处留有足够的修整余量；

为了锻出台阶和凹档，优化原有的采用三角压棍压肩或者采用圆压棍压痕等方式，针对不同的切肩深度设计不同型号的切肩三角刀，对台阶轴进行快速切肩，同时在台阶和凹档处留有足够的修整余量，以避免台阶或凹档没有足够的修整余量使锻件报废。

为了锻出台阶和凹档，优化原有的采用三角压棍压肩或者采用圆压棍压痕等方式，针对不同的切肩深度设计不同型号的切肩三角刀，对台阶轴进行快速切肩的过程中，设计的切肩三角刀图如图1、图2所示，工作示意图如图3所示。图1为切肩三角刀的主视图，图2为切肩三角刀的侧视图，图1至图3中a/b/l的长度随切肩深度和台阶轴大小而变。

步骤四、台阶轴拔长：

调整锻造设备上下砧平直度，采用型摔胎模的成型操作方式，使毛坯呈轴向纤维流向，锻件塑性变形后得到等轴细晶组织；

为保证毛坯呈轴向纤维流向，锻件塑性变形后得到等轴细晶组织和较好的轴向性能，及防止台阶过渡区存在折叠等缺陷，台阶轴拔长采用型摔胎模的成型方式，型摔胎模设计图如图4所示，图4所示的型摔胎模设计图中h随工件尺寸而变；型摔胎模工作示意图如图5所示，图5中心处的圆形为工件。

步骤五、锻件修整后，进行锻造后热处理：

锻件修整后，改变原有的灰冷、空冷方式为随炉冷却。

通过随炉冷却以降低冷却速度的方式，可使表层和中心之间存在的温度差引起的不均匀膨胀降低，同时减少由于相变前后组织的比容变化，大大降低锻件出现表面裂纹的几率，同时保证后续机械加工要求。

具体实施方式二：

本实施方式步骤一所述750℃～850℃恒温的时长1-1.5小时。

其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

本实施方式步骤一所述加热到始锻温度1150±10℃的过程中升温速度为200℃/小时。

其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：

本实施方式步骤四调整锻造设备上下砧平直度的过程中要保证不平度小于等于1％。

其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：

本实施方式步骤一所述的750℃～850℃恒温的时长1小时。

其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。