《大锻件第7部分大型锻件的特殊锻造方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大锻件第7部分大型锻件的特殊锻造方法（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七部分大型锻件的特殊锻造方法大型锻件锻造的目的之一，在于通过压力将钢锭凝固过程中形成的疏松、空洞等缺陷锻合。近年来，由于石油、化工、电力等领域的需求，锻件尺寸越来越大，相应的钢锭规格也越来越大型化，且远远超过锻造设备大型化的进程。如何利用现有设备能力通过工具和锻造方法的改进实现上述目的即成为新的课题。另外，钢锭内部的缺陷集中在其心部，希望通过特殊的工具形状在心部形成较大变形，并形成大的静水应力。因而出现了一系列新的锻造方法。一. FM锻造法1概念zFreeFromMannesmanneffect避免产生“曼内斯曼”效应，即心部不产生轴向拉应力的锻造方法。z不对称的上下砧，上为普通平砧，下为大
2、平台。2机理z普通平砧对称拔长时沿高度方向的轴向应力分布w/h=0.5s=20%时的等效应变和静水应力分布。h见下图，a）为等效应变S,b）为静水应力Q/Q。m由图可见：沿高度方向轴向变形分布：变形以轴向中心线上、下对称砧下微小变形区过渡区较大变形区中心较大变形区。沿高度方向轴向应力分布：应力以轴向中心线上、下对称砧下大静水应力过渡区小静水应力中心静水应力为正值，轴向、横向均为拉应力。缺陷集中的中心区应变强度不大，且存在较大轴向拉应力（平均应力为正），即存在Mannesmanneffect，易使缺陷扩展。若要不出现拉应力，则需加大砧宽至w/h=0.80.9,但所需压力很大，对于大钢锭很难用现有
3、的压机实现。zFM锻造法原理上下砧不对称，上小下大（见图）。锻造力（主作用力）的作用面积沿高度方向逐步增大，垂直应力，即主应力a的绝对值逐渐减小，因此上部金属容易满足屈服条件。这必将导致上部金3属先变形，且变形量大，下部金属后变形，且变形量小或不变形的结果。上砧下为刚性区，其轴向变形小于中部。下砧上亦为难变形区，沿轴向的变形更小或完全不变形，于是形成了轴向变形上部较小，下部极小，中部轴心区很大的分布（图）。因中部金属沿轴向或横向的流动必然受到下部金属的牵制，轴心部为轴向压应力，下部为轴向拉应力（图）。沿高度方向轴向变形分布：变形以轴向中心线上、下不对称上砧下较小变形中心线大变形下平台上微小变形
4、或不变形。沿高度方向轴向应力分布：应力以轴向中心线上、下不对称上砧下微小拉应力中心线压应力下平台上拉应力。相对于普通平砧拔长，因轴向拉应力层下移至缺陷较少的钢锭外层（图），有利于孔洞缺陷焊合。z实验验证用网格法对试件进行变形实验。采用多种砧宽比和不同的压下量组合。当砧宽比w/h=0.5,压下率8=21%时，轴向应变分布见图。图中显示，上部应变较h小，中部大，下部微小。上下部的马鞍型分布为砧下难变形区的影响。#缺陷孔洞的焊合结果及于普通平砧的比较见照片。全部实验结果见下表。平尉主跑力64-s!0-3舟23亦SLb32924$丹忖）一34DM315)0aaoeodOQMaTSfro21m平购主固力
5、上建舶他2.2-IO-GM3&.a-38,4I-33-783-3下畏粧面L&-J-U-3i-4.4-is.ai-2Q.62-2上，下接您面耶均应力吧新工艺与讹工艺対孔嗣獗咅效果比鞍#盯变用酌悄出b）十般工皆坐电晤俯说c）新上艺交卅心tf!况3工艺参数z当砧宽比取0.3w/h0.6时，FM法与普通平砧拔长区别不很大。z适于在小进给量下拔长大型钢锭，以解决压机能力不足的问题。z较佳参数匹配：w/h=0.68=1415%hw/h=0.78=22%（压机可提供大压力）hz采用180翻转，双面等压下量，以防止因上下不对称变形导致中心线偏移。Z采用180翻转，错半砧工艺，当w/h=0.6，心部H/5区域内
6、孔洞完全闭合的临界压下量（双面）为22.5%，临界锻比约为1.5。使孔洞闭合的临界等效应变为0.35。Z我国在生产中已采用。德国梯森亨利希公司1981年即用435吨锭，以FM法5火拔长锻出直径为1849、粗加工重量为200吨的发电机轴。3. 对FM锻造法的发展一无横向拉应力锻造法zFM锻造中，在无轴向拉应力的条件下，仍可能存在横向拉应力。Z引入新的工艺参数一料宽比=b/hZ较小时，由于沿高度方向的横向（展宽）变形不均匀，心部变形较小，在心部将产生横向拉应力。Z当双面8=22%，w/h=0.420.48，b/h=0.831.2时，可保证心部处于h三向压应力状态。4. 问题非对称锻造，易造成锻件中
7、心偏移，缺陷难以通过打中心孔等方法去除。二. 中心压实（JTS）锻造法1.概念Z1958年由日本（Japan）制钢所室兰工厂的馆野万吉（Tateno）和鹿野昭一(Shikano)发明。z用喷雾或吹风使坯料表面冷却，在表面和心部形成温差，利用内外不同的变形抗力在表面施压，使变形集中于心部的缺陷锻合方法。z又称：硬壳锻造法，降温锻造法。2工艺要点和原理z工艺要点将钢锭首先锻成方坯。方坯的加热温度应比一般锻造时的始端温度略高。充分均温热透，尽量提高心部温度。出炉后，在水压机上吹风或喷雾冷却，使锻坯内外温差达到250350C。采用上窄砧、下平台。上砧长度方向与坯料轴线一致。上砧宽度小于坯料宽度(图)。
8、既可有效减少坯料伸长，又可避免压住两侧的低温立边，集中施力于中心。由冒口端至水口端顺序压下。翻转90再用同样的方法压另一面。直至将坯料压成图示断面形状。将图示断面锻成八方。JTS工艺结束。z原理要点外层温度低，心部温度高，外层变形抗力大，心部变形抗力小。形成一个用硬壳包裹的高温金属（图），这部分金属恰为缺陷集中的钢锭心部。用宽度小于坯料宽度的窄砧顺坯料方向压下，其变形集中于心部（图）。由于心部周围全部是“硬壳”，必然为三向压应力状态。2-2-5中亡庄实出跟坯内普贱曲吏令希6E&HuflAr=250nC）该方法使锻件心部在高温、三向压应力状态下获得充分、均匀的大变形。比较理想地同时满足了孔洞焊合
9、的三个条件。因此，孔洞缺陷焊合效果良好。z实验用87吨34CrNi3Mo钢锭做JTS工艺实验。先将钢锭锻成1260*1260mm方坯。加热后表面降温至750C。用上窄砧、下平台实施JTS工艺。用超声探伤检测10个缺陷的尺寸和分布。比较中心压实前后缺陷的变化情况。单边压下量为10%。检测结果见下表。由表可见，4、6、7疏松全部压实。1为疏松区，缺陷较多，压实后仅余5个。9为纯夹杂性缺陷，无法改变。其余各检测区的缺陷引有夹杂存在，不可能完全闭合，但尺寸均大幅缩小。实验表明：JTS法对于疏松型或夹杂疏松型缺陷确有明显的压实效果。JTS法对夹杂型缺陷无能为力，要求钢锭必须具有良好的冶金质量。JTS法的
10、锻透效果是其它锻造方法难以达到的，可显著提高转子等高级锻件的成品率。本实验中的锻比为y=2.44,用如此小的锻比锻出合格的转子，说明JTS法的缺陷锻合效果不仅优于其它锻造方法，而且横向性能也可得到保证，可省去镦粗工序。苗陆Cafr1A+1&s-112Ifii喪苑沁uL於r1晾心压食前;扛:m4*9中心IE真居1切巧-点个0.亏川个个3.5”P3未技理怕Jjn!：3工艺参数z压下量8:单面压下8=10%13%最佳值为13%。双面压下，单侧hh8=7%8%。hZ内外温差250350C，最佳值为230-270c。z上砧宽度为坯料宽度的55%70%。z上砧长高比为B/H=0.7。00z上砧应有足够大的
11、圆角，或做成斜面（图），防止锻八方时折叠，Ri-31中-r.乐窝济醫F云意用（V砧为平怕4工艺特点z能以小锻比达到普通锻造法高锻比才能达到的效果。锻制大型电站转子需三次镦粗、三次以上的拔长，总锻比达7.0以上。用JTS法可不镦粗，总锻#比仅23。有效降低了压机负荷及锻造火次。z因上砧长度方向与坯料轴向一致，坯料的伸长变形不大，变形的方向性不强，虽然不镦粗，其切向性能仍可达到要求。各项异性轻微。z变形对称性较好，锻件中心线与钢锭中心线基本重合，钢锭中心区的夹杂可通过打中心孔去除。z压下量小。当JTS法的压下量为14%16%时，其压实效果与上、下平砧锻造时的18%20%及上、下窄砧锻造时的21%2
12、3%相当。Z我国应用JTS后，转子等重要锻件的成品率由60%提高到92%。见下表。S2-21笛通舉造法与JES-法的盛对jTsiftj&yj忧朕中心孔尤缺陷弧0%合孔悅太后无訣陷】25.5%8.珈不台儒（:乳悦大宥仍有他陷3虫5%z生产中已普遍采用，并已与其它锻造方法联合使用。日本已用该方法锻造50吨以上钢锭300个。我国也在转子等重要锻件中普遍采用。5问题喷雾降温，工作条件和环境较差。JTS法需要数套专用砧子，投资较大。三. WHF（宽砧强力压下）锻造法1概念和原理z上下宽平砧，砧宽大。z大压下量压下。z砧下刚性区大，轴心部变形量大且变形均匀，锻透性好（图）。2映EU2-Z-t叭/汕=乩仁加
13、强裁因心部变形大，周围变形小，心部的轴向和横向应力均为压应力，提咼了心部的三向压应力水平。具备了高温、大变形和三向压应力的孔洞焊合热力学条件。z有利于心部缺陷锻合。2工艺参数z砧宽比w/h=0.680.9。Z压下量8=20%25%。hz送进量(0.70.9)w3工艺特点z心部孔洞沿“圆-椭圆-缝-线”的规律逐渐闭合。应用WHF法拔长，只有在w/h=0.680.77，压下量为8=20%时，才可有h效锻合内部的孔洞缺陷。z砧的两侧外缘有30%区域的孔洞不能闭合。满砧送进时，需在两砧间保持10%的搭接量，以减少边缘的不闭合区。z需采用错半砧锻造方法。每遍拔长有效砧宽需覆盖全长。只有这样，才能将H/5
14、范围内的孔洞缺陷锻合。同普通平砧锻造相比较，WHF法因需大砧宽和大压下量，因此需要更大的压力，即需要更大参数的水压机。其使用受到限制。z宽砧锻造导致拔长中展宽过大，拔长效率低。4应用日本制钢所(JSW)用WHF法及500吨钢锭成功锻造出了2400的最大支撑辊。我国的第一、第二重机厂将WHF法与其他特殊锻造方法联合应用锻造出了、600MW汽轮机低压转子。目前WHF法已成为重点大锻件生产企业常用和必用的方法之一。四、其它特殊锻造方法1.KD锻造法第一种重机厂1966年提出。是用高温扩散加热、“上平下V”宽砧、大压下量拔长圆坯的方法。1975年改用“上下V砧”。z高温扩散加热使锻件具有很好的塑性。z“上下V砧”可提高锻件表面的塑性。下V砧”增加了轴心部其它两向的压应力
