角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺

摘要

角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺属于锻造设备及其应用技术领域。该角度型砧的左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°。采用角度型砧对转子类等大型轴类锻件进行锻造，可以省去第一次镦粗工艺，拔长工艺先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧。运用这种角度型砧组合的锻造工艺，不仅可以缩短工艺流程、提高锻件组织性能、实现小锻比锻造，而且可以有效控制锻造过程中内部缺陷的发展和变化，消除已有缺陷，防止新缺陷的产生。

说明书

技术领域

本发明属于锻造设备及其应用技术领域，特别涉及一种角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺。

背景技术

随着安全性和使用性能的不断提高，大型锻件的尺寸和重量在不断增加。如我国确定引进的美国第三代核电技术AP1000，其中百万千瓦级核电常规岛低压转子锻件截面直径超过2米，需使用钢锭重量超过500吨；大型饼类件直径已达到5200mm，高径比小于0.1。钢锭凝固过程中，中心区不可避免的存在着缩孔和密集性疏松等缺陷。随着钢锭吨位和截面积的增加，与金属结晶过程有关的缺陷，如非金属夹杂、偏析、疏松组织、缩孔等越明显。

对大锻件来说，锻造的任务主要有两个：一是成形，就是将钢锭经济的锻造到接近零件形状，满足产品尺寸和形状要求；二是改善锻件内部质量，即破坏铸态组织，细化晶粒、均匀组织、锻合缩孔、气孔和疏松等缺陷，使整个锻件形成完整、致密、均匀的组织结构。尤其是对于转子锻件，其技术要求高，为了满足机械性能指标及无损探伤要求，必须压实、焊合缩孔、疏松等缺陷。所以提高大型锻件锻造质量除了应配备足够能力的锻压设备外，关键是应采用特别有效的锻造压实方法。国内外大锻件生产厂家不断研究开发了一些新的锻造方法。如FM锻造法(不对称平砧锻造法)、WHF锻造法(宽砧大压下量锻造法)、FML锻造法(低锻压力锻造法)、JTS锻造法(中心压实锻造法)、TER锻造法、SUF锻造法和AVO锻造法以及各种镦粗方法等，并已成功应用于生产。

对于大型锻件来说，尺寸和吨位的巨大，在锻造时必须重点考虑锻件心部得到充分压实；除此之外，还要尽可能的让变形均匀分布，以减少砧下刚性区域，提高组织均匀性，否则在小变形区域容易出现晶粒粗大和混晶，尤其对于30Cr2Ni4MoV等本质粗晶粒钢，将直接影响热处理过程及产品品质。

经过检索现有技术发现，刘助柏等人提出了“水平V型锥面砧锻造新工艺”的发明专利(中国专利，申请号97101491.4)，用于改变流向和促使变形体内变形均匀，实现轴类锻件的等向锻造和小锻比锻造。但该方法的型砧加工较为困难，应用该锻造方法时，金属流向不好控制，并且没有考虑增强大型锻件的压实效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于改变金属流向、改善大型锻件变形效果的角度型砧，其工作面由4个面组成，分别为上表面、左侧面、右侧面和下表面，其特征在于，所述左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°，此侧向角度使锻件与角度型砧接触位置的金属易于流动，减缓砧角产生的变形梯度分布，从而避免裂纹产生；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°，当0°≤α≤10°时角度型砧为凸型角度型砧，当-10°≤α≤0°时角度型砧为凹型角度型砧。

所述上表面为平面。

所述角度型砧为柱状体，各位置横切面相同。

本发明还提供了一种使用所述角度型砧的锻造工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α≤0°的凹型角度砧，压下率为14％～20％；

(2)对锻件进行镦粗处理；

(3)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用-10°≤α≤0°的凹型角度砧，压下率为14～20％；

(4)对锻件进行镦粗处理；

(5)对锻件采用FM法拔长，角度型砧采用0°≤α≤10°的凸型角度砧，压下率14％～20％，保证变形均匀，减少混晶发生，提高锻件晶粒均匀程度。

所述角度型砧可同普通平砧、普通V型砧、大平台分别组合后进行锻造。

本发明的有益效果为：

(1)采用凸型角度型砧进行大型锻件的拔长时，提高了心部以上区域的变形和砧下金属变形的均匀性，砧下刚性区的形状和范围发生了明显的变化，从而使难变形区的不均匀变形程度减小，同时，锻件心部的变形程度有所减小，牺牲了一定的心部压实效果，提高了锻件整体变形的均匀性；由于压下量沿轴线方向逐渐增加并结合β角的作用，减缓了变形区和刚端交界面的变形梯度分布，从而避免裂纹产生。

(2)采用凹型角度型砧进行大型锻件的拔长时，砧下刚性区和难变形区扩大并向心部移动，从而阻碍心部金属的流动，使得变形区域向心部压实方向移动，产生较大的三向压应力应力条件，有利于心部压实，实现小锻比锻造。

(3)采用角度型砧对转子类等大型轴类锻件进行锻造，可以在第一次拔长时采用凹型角度砧进行锻造，由于其增加心部压实效果结合钢锭质量的提高，可以省去第一次镦粗工艺，从而节省能源降低消耗。

(4)拔长工艺先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧。运用这种角度型砧组合的锻造工艺，不仅可以缩短工艺流程、提高锻件组织性能、实现小锻比锻造，而且可以有效控制锻造过程中内部缺陷的发展和变化，消除已有缺陷，防止新缺陷的产生。

附图说明

图1为角度型砧横切面示意图；

图2为本发明具体实施方式中使用的凹形角度型砧横切面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为角度型砧横切面示意图。所述角度型砧为柱状体，各位置横切面相同。其工作面由4个面组成，分别为上表面、左侧面、右侧面和下表面：所述上表面为平面；所述左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为β，且0°≤β≤12°，此侧向角度使锻件与角度型砧接触位置的金属易于流动，减缓砧角产生的变形梯度分布，从而避免裂纹产生；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为α，且-10°≤α≤10°。

本发明还提供了一种使用该角度型砧进行锻造的工艺，在此举例说明。针对某1000MW核电汽轮机低压转子锻件，锻件成品最大直径为2900mm，钢锭重量500t。采用角度型砧锻造工艺进行锻造，锻造主要工艺如下：压钳口、切割水口后；进行第一次主拔长工艺，采用凹型角度型砧和FM法进行拔长，α为-6°，β为6°，各趟拔长采用满砧进砧方式，第一趟次拔长压下量为压前直径的17％，第一趟次完成后翻转180°错半砧进行第二趟次拔长，第二趟次完成后翻转90°进行第三趟次拔长，第三趟次完成后翻转180°错半砧进行第四趟次拔长，二至四趟次压下率都为压前高度的17％；倒棱，滚圆，压钳口；镦粗，镦比为2；进行第二次主拔长工艺，采用的凹型角度砧及锻造工艺同第一次主拔长工艺；倒棱，滚圆；镦粗，镦比为2；进行第三次主拔长工艺，采用凸型角度砧进行拔长，α为6°，β为6°，采用锻造工艺同第一次主拔长工艺，各趟次压下率都为压前高度的15％，控制锻造温度；倒棱，滚圆，锻出成品。工艺流程短、锻件性能高。