专利名称：大型锻件内部缺陷的控制方法
技术领域：
本发明涉及热加工行业，具体是关于一种大型锻件的质量控制方法。
背景技术：
大型锻件内部缺陷的成因一是钢锭本身带来；大型锻件的生产过程包括冶炼、 注锭、凝固、锻造和热处理等工艺。由于冶金和凝固特性决定了钢锭中不可避免地存在孔隙、夹杂、偏析组织等缺陷，并且钢锭越大缺陷越严重。二是锻造时锻造参数控制不当引发过大的拉应力促使钢锭原有的缺陷扩大，或在钢锭基体结合较薄弱处造成新的裂纹性缺陷。大型锻件内部缺陷的实质是材料成分与结构的宏观不均质表现。有关这方面研究的文献不少，多是从热力学观点采用物理摸拟(制造人工缺陷)的方法，从理论上来解释裂纹(缺陷)修复的机理和必须具备的热力学条件、变形条件。但都没有给出一个具有普遍指导意义的通用方法，也尚未见有控制大锻件内部缺陷的专利报道。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种大型锻件内部缺陷的控制方法，该方法应具有控制缺陷效果好、锻件质量稳定以及操作简单易行的特点。本发明提供的技术方案是大型锻件内部缺陷的控制方法，按照以下步骤进行I)第一次把坯料加热到1275 1285°C，保温10 17h，然后出炉进行初次锻造， 同时在坯料上压制钳把，并去除底部；2)第二次把坯料加热到1295 1320°C进行高温扩散处理，保温25 31h后出炉， 按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第二次锻造；3)根据工艺要求把坯料锻造成产品锻件；或者，第三次把坯料加热到1275 1285°C，保温5 7h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第三次锻造，然后根据工艺要求把坯料锻造成产品锻件。第二次锻造和第三次锻造中，所述压下量双面19 21% ;所述送进量和翻转方
式按照砧宽比.料宽比77 n Qr- t 进行控制；
H ^o. 4、 H —0. 85 I. 18其中压下量为坯料在每个锻压过程中高度减小量与变形前高度之比；W为水压机上砧的宽度；H为坯料变形前的高度；B为与水压机上砧接触的坯料宽度；H为坯料变形前的高度。本发明的工作原理是由于高温扩散采用比通常热扩散温度更高的温度(1300°C 左右)和更长的时间(原热扩散时间一倍以上)，创造了良好的热力学条件，在扩散力(浓度梯度)作用下，金属原子定向、宏观的迁移，促使钢锭内部缺陷进行自我修复。考虑到钢锭组织比较巯松，相应原子间的扩散距离较长，所以高温扩散是在给予钢锭以适当的锻造 (第一次锻造)后进行，以改善钢锭组织的巯松现象，缩短钢锭组织原子间的距离，使高温扩散的效果更为突出。此外，由于在锻造过程中控制了压下量、砧宽比和料宽比，变形体内不会产生拉应力，进而消除了产生新缺陷的可能。本发明的有益效果是所提供的方法，有效地控制了锻件的内部缺陷(锻件内部的密集形缺陷控制在φ I. 6以下)；而且控制方法简单，易于工序设计，适合普通操作员工使用。
图I是坯料在水压机上下砧之间的锻造过程示意图。
具体实施例方式热力学的一个基本原理是任何成分与结构不均匀(包括缺陷)的材料，在一定的热力学条件下，都将趋于均匀化。其本质是在扩散力(浓度梯度)作用下，金属原子定向、 宏观的迁移。对于大型锻件内部一定数量级的缺陷，采用热扩散方法来缩小乃至消除是有效的和经济的。由于大锻件内部缺陷是钢锭本身带来和因锻造控制不当造成，那么是否可在钢锭加热阶段就给以充分的热力学条件，再配合锻造过程参数的控制来达到事先控制大锻件内部缺陷的目的，而不是等到产生超标缺陷后再进行补救。这就是发明人的思路。参见图I :锻造过程的压下量(双面19 21% )，是指坯料2在每个锻压过程中高度减小量与变形前高度之比为19 21%，每个锻压过程是指坯料经过逐步送进、多次锻压后使正、反两面全部经过锻压的过程(具体锻压时，先经过逐步送进、多次锻压后使坯料正面全部经过锻压，然后翻转180度再经过逐步送进、多次锻压后使坯料反面全部经过锻压)。所述送进量是指每次锻压前，坯料水平移动进入水压机上砧I与下砧3之间的前进距离(坯料前进方向如图I中箭头S所示)；所述翻转方式是指操作机抓住坯料的钳把，使坯料翻转的角度；通常为90度或 180度，根据工艺要求确定。本发明的送进量、翻转方式按照砧宽比I^料宽比I Λ1 w进行
Η ^ . 4、 η —O. 85 I. 18控制。W为水压机上砧的宽度；H为坯料变形前的高度；B为与水压机上砧接触的坯料宽度；H为坯料变形前的高度。本发明提供的控制方法，坯料需要在加热炉中经过两个或三个火次的加热；具体按照以下步骤进行I)第一次把坯料加热到1275 1285°C，保温10 17h，然后出炉进行初次锻造； 目的是改善钢锭组织的巯松现象，缩短原子间的距离，为高温扩散处理做好前期准备；同时在坯料上压制钳把(钳把坯料锻造时便于操作机抓夹的端部)、倒棱(锻压坯料的各个锐角，使坯料外轮廓趋向于圆形)、切底部(钢锭底部杂质沉淀较多，需要切除弃用)2)第二次把坯料加热到1295 1320°C进行高温扩散处理，保温25 31h后出炉， 接着按照工艺规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行再次锻造(镦粗、拔长)。这样，一方面利用高温扩散技术对原有的组织缺陷进行修复，另一方面通过锻造来改善坯料的内部组织性能和品质；同时控制锻造参数，确保不会产生新的拉应力，预防产生新的缺陷；3)对一些截面尺寸较小的锻件(如实施例2)，高温扩散后经一次镦粗、拔长即能达到压实并消除钢锭内部的缺陷的效果；接着，就可以直接锻造成型。而对某些截面尺寸较大的锻件(如实施例I)，则需要增加高温加热的火次(例如第三次加热，甚至第四次加热)，以确保钢锭内部的缺陷的修复和消除；即第三次把坯料加热到1275 1285°C，保温5 7h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第三次锻造(再一次镦粗、拔长)，以进一步改善坯料的内部组织性能和品质；然后按照产品的形状要求锻造成形为产品锻件；锻造时均需控制锻造参数，预防产生新的缺陷。实施例I :高中压汽轮机主轴锻造锻件重量18. 145吨，材质是30CrlMolV ;锻造该主轴需要3火次，选用27吨重的钢锭还料。第一火坯料加热到1280°C (炉温)，保温16h后出炉锻造；同时压制钳把、倒棱、 切底部，约去除1350kg。第二火坯料加热到1300°C (炉温)高温扩散(保温)30h后出炉锻造第一道工序镦粗到直径①1800mm ；第二道工序把把坯料拔成1680mmX 1400mm(截面尺寸)扁方；第三道工序按规定的压下量、送进量和翻转方式进行锻造；所述压下量双面
19 21% ;所述送进量和翻转方式按照砧宽比j料宽比I nw进行控
H ^0. 4、—0. 85 I. 18
制(水压机上平砧宽850mm、下平台尺寸是2300mmX 2300mm)。将1680mmX 1400mm坯料拔长到截面尺寸是1140_X 1140mm的方还、再滚拔成O 1160_的圆料。第三火坯料加热到1280°C (炉温)，保温6h后出炉锻造第一道工序用镦粗平板将O 1160mm的圆料镦粗到直径O 1800mm ；第二道工序拔成1680mmX 1400mm(截面尺寸)扁方；第三道工序按规定的压下量、送进量和翻转方式进行锻造；所述压下量双面
19 21% ;所述送进量和翻转方式按照砧宽比j料宽比I nw进行控
H ^0. 4、—0. 85 I. 18
制(水压机上平砧宽850mm、下平台尺寸是2300mmX 2300mm)。将1680mmX 1400mm坯料拔长到截面尺寸是1120mmX 1120mm的方还、再滚拔成①1130的圆料；第四道工序号印、压槽，并进行锻造操作最终锻造成主轴锻件。(号印、压槽为锻造过程的常规工步；后续工步按照号印、压槽形成的标记，继续对坯料进行锻造，使其形状、结构符合设计要求)实施例2 高压风机主轴锻件重量14. 41吨，材质是25CNiMoV ;所需钢锭为20吨八角锭。该主轴需经2火次锻造。
第一火将20吨钢锭坯料加热到1280°C (炉温>，保温IOh后出炉锻造；压钳把、 倒棱、切底部约1000kg。第二火将坯料倒棱成Φ 1030mm的坯料加热到1310°C (炉温)并保持25h (比常规热扩散温度高100°C )进行高温扩散后出炉锻造；第一工步将Φ 1030mm的还料缴粗到直径Φ 1600mmX980mm ；第二工步将直径Φ 1600mmX980mm的还料拔成截面1250mmX 1500mm的扁方；第三工步按前述压下量、送进量和翻转方式进行锻造(水压机上平砧宽850mm， 下平台尺寸是2300mmX 2300mm)将1250mmX 1500坯料拔长到截面尺寸是790mmX 790mm的方坯；第四工步将790_X790mm坯料倒角，然后拔长为对边800_的八角并按工艺变形过程图号印、压槽；第五工步按号印、压槽的尺寸对照锻件图将主轴锻件最终锻造成形。
权利要求
1.大型锻件内部缺陷的控制方法，按照以下步骤进行1)第一次把坯料加热到1275 1285°C，保温10 17h，然后出炉进行初次锻造，同时在坯料上压制钳把，并去除底部；2)第二次把坯料加热到1295 1320°C进行高温扩散处理，保温25 31h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第二次锻造；3)根据工艺要求把坯料锻造成产品锻件；或者，第三次把坯料加热到1275 1285°C，保温5 7h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第三次锻造，然后根据工艺要求把坯料锻造成产品锻件。
2.根据权利要求I所述的大型锻件内部缺陷的控制方法，其特征在于第二次锻造和第三次锻造中，所述压下量双面19 21%;所述送进量和翻转方式按照砧宽比& _ nH 多O. 4、料见比丑=Q. 85 L 18进行控制；其中压下量为坯料在每个锻压过程中高度减小量与变形前高度之比；W为水压机上砧的宽度；H为坯料变形前的高度；B为与水压机上砧接触的坯料宽度；H为坯料变形前的高度。
全文摘要
本发明涉及一种关于大型锻件的质量控制方法。目的是提供的方法应具有控制缺陷效果好及锻件质量稳定的特点。技术方案是大型锻件内部缺陷的控制方法，按以下步骤进行1)第一次把坯料加热到1275～1285℃，保温10～17h，然后出炉进行初次锻造，同时在坯料上压制钳把，并去除底部；2)第二次把坯料加热到1295～1320℃进行高温扩散处理，保温25～31h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第二次锻造；3)根据工艺要求把坯料锻造成产品锻件；或者，第三次把坯料加热到1275～1285℃，保温5～7h后出炉，按照规定的压下量、送进量和翻转方式对坯料进行第三次锻造，然后把坯料锻造成产品锻件。
文档编号B21J5/00GK102581186SQ201210034039
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者叶君芳, 徐永华, 许寅生 申请人:德谦杭重锻造有限公司