一种控制轴类锻件晶粒不均匀的锻造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制轴类锻件晶粒不均匀的锻造方法。
【背景技术】
[0002] 大锻件是火电、核电、石化等国家重大技术装备的关键部件和产品，其内部晶粒不 均匀将直接降低本身的使用性能和服役水平，从而使成套装备运行的可靠性得不到保障， 因此，大锻件组织性能的控制是决定锻件质量的关键技术之一。目前，大锻件锻造工艺通常 采用自由锻方式，由于温度场梯度、变形方式、工辅具形状及摩擦作用等因素的影响，锻造 过程一直存在不均匀变形的特点，而变形的不均匀必将导致其内部组织的不均匀，因此，控 制其变形不均匀性至关重要。
[0003] 轴类大锻件成形锻造的最终火次工艺一般采用上平下V砧拔长工艺，在对上平下 V砧拔长工艺研究中，针对锻件翻转方式和变形不均匀的定性研究较多，对其变形不均匀和 微观组织不均匀的定量分析和控制研究鲜见报道。例如，金坚应用铅试件云纹法对翻转工 艺进行了初步研究，得出翻转90°不能很好的解决变形不均匀的问题；潘品李在对核电管 道的拔长数值模拟研究中，得出双压法的变形较顺序翻转更加均匀。然而，在上平下V型 砧拔长过程中，锻件变形不均匀性主要受到砧宽比、V砧角度等工艺参数的影响；进一步来 说，锻件热锻过程组织演变主要以再结晶机制，因此除了变形不均匀之外，总变形程度即锻 比也必须仔细考虑。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种有效控制轴类锻件晶粒不均匀的锻造方 法。
[0005] 本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种控制轴类锻件晶粒不均匀的锻造方 法，包括以下步骤：
[0006] (1)提出变形均匀性评价方法：根据变形不均匀的拔长工艺参数，V砧角度取值范 围90° <角度<135°，砧宽比取值0.6 <B/D< 0.9,基于有限元数值模拟，计算得到工艺 参数V砧角度、砧宽比组合的等效应变方差值δ :
[0008] 式I中，ε i表示单元等效应变，V 1表示单元体积，ε avg表示所有单元的平均等效 应变，δ表述等效应变方差值；等效应变方差值δ越小，则表明锻件内部各处变形程度相 差越小，变形越均匀，反之变形越不均匀；
[0009] (2)基于变形不均匀控制的拔长工艺参数优化：当V型砧角度为120°，砧宽比为 0.8时，等效应变方差值δ最小，为0.116,表明此时锻件内部变形最为均匀；因而，此条件 为该拔长工艺获得锻件较为均匀变形的最佳工艺参数组合；
[0010] (3)轴类锻件终锻中间毛坯设计：按临界拔长锻比多I. 2,设计终锻前中间毛坯横 截面尺寸；
[0011] (4)上平下V型砧拔长工艺最佳砧型参数选择：根据中间毛坯横截面尺寸，选择V 型砧角度为120°，砧宽比为0.8;
[0012] (5)拔长工艺压下控制：每步相对压下率彡14%。
[0013] 进一步，步骤（1)中，若出现δ值相同情况，可进一步分析单元等效应变体积百分 比分布情况，较小及较大单元等效应变所占体积百分比小者为更优选择。
[0014] 进一步，其特征是，步骤（5)中，每步拔长时相对压下率为14%~17%。
[0015] 本发明从控制变形不均匀性和总锻比出发，针对上平下V型砧拔长轴类锻件工 艺，优化，获得的上平下V砧双压法拔长相关工艺参数最佳组合，可使轴类锻件热锻后晶粒 度级差控制在约1级，具有良好的微观组织均匀性。
【附图说明】
[0016] 图1为单元等效应变的体积百分比分布，其中（a) 120° (b) 130°。
[0017] 图2为上平下V型砧拔长模型。
[0018] 图3为上平下V型砧拔长翻转顺序示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明进一步加以说明。
[0020] 实施例1
[0021] (1)基于变形不均匀控制的拔长工艺参数优化
[0022] 工艺参数包括V砧角度、砧宽比；V砧角度取值范围90°彡角度彡135°，砧宽比 取值0.6彡B/D彡0.9;如此每个工艺参数取4个值，V砧角度分别为105°、120°、130°、 135°，砧宽比分别取0. 6、0. 7、0. 8、0. 9,确定用于模拟计算的16组工艺参数组合。
[0023] 经有限元模拟计算得到各组工艺参数组合的等效应变方差值
，结果如表1所示。
[0024] 表1不同V砧角度、砧宽比条件下上平下V拔长后锻件δ值
[0025]
[0026] 由表1可知，V砧角度为120°和130°、砧宽比为0.8时，δ同为最小值。此时， 可根据计算单元等效应变所占体积百分比的分布确定（图1)，大应变和小应变所占体积百 分比较小者为更优选择。因而，可选V砧角度为120°、砧宽比为0.8为最佳参数组合。
[0027] (2)轴类锻件终锻中间毛坯设计
[0028] 根据锻件图尺寸，按临界拔长锻比要求，即锻比多1. 2,设计终锻前中间毛坯横截 面尺寸。
[0029] (3)上平下V型砧拔长工艺最佳砧型参数选择
[0030] 根据中间毛坯横截面尺寸，按上平下V型砧拔长工艺最佳砧型参数选择V型砧，即 V型砧角度为120°，砧宽比为0.8。
[0031] (4)拔长工艺操作及压下控制
[0032] 根据毛坯所用材料的锻造加热规范加热、保温，毛坯出炉后，按照图1所示放置 好，开始第一步拔长，压下率为14%~17%，并沿毛坯轴向依次压下，相邻压下接砧量约为 20%，直到沿轴向压完为止；然后，按照图2翻转毛坯，进行第二步拔长，如此反复，直到第 四步拔长完成。各步压下率应为14%~17%，总锻比按毛坯设计即彡1. 2进行控制。
【主权项】
1. 一种控制轴类锻件晶粒不均匀的方法，其特征是，包括w下步骤： (1) 提出变形均匀性评价方法：根据变形不均匀的拔长工艺参数，V化角度取值范围 90°《角度《135°，化宽比取值0. 6《B/D《0. 9,基于有限元数值模拟，计算得到工艺参 数V化角度、化宽比组合的等效应变方差值5 :式I中，表示单元等效应变，vi表示单元体积，ewg表示所有单元的平均等效应变， 5表述等效应变方差值；等效应变方差值5越小，则锻件内部各处变形变形越均匀； (2) 基于变形不均匀控制的拔长工艺参数优化：当V型化角度为120°，化宽比为0. 8 时，等效应变方差值5最小； (3) 轴类锻件终锻中间毛巧设计：按临界拔长锻比> 1.2,设计终锻前中间毛巧横截面 尺寸； (4) 上平下V型化拔长工艺最佳化型参数选择：根据中间毛巧横截面尺寸，选择V型化 角度为120°，化宽比为0.8; (5) 拔长工艺压下控制：每步相对压下率> 14%。2. 根据权利要求1所述的控制轴类锻件晶粒不均匀的方法，其特征是，步骤（1)中，若 出现5值相同情况，可进一步分析单元等效应变体积百分比分布情况，较小及较大单元等 效应变所占体积百分比小者为更优选择。3. 根据权利要求1或2所述的控制轴类锻件晶粒不均匀的方法，其特征是，步骤巧） 中，每步拔长时相对压下率为14%~17%。
【专利摘要】一种控制轴类锻件晶粒不均匀的锻造方法，包括以下步骤：(1)提出变形均匀性评价方法；(2)轴类锻件终锻中间毛坯设计；(3)上平下V型砧拔长工艺最佳砧型参数选择；(4)拔长工艺压下控制。本发明可有效控制轴类锻件晶粒不均匀的现象，使其热锻后晶粒度级差约为1级。
【IPC分类】B21K1/06
【公开号】CN104999021
【申请号】CN201510404241
【发明人】秦敏, 刘建生, 李景丹, 陈伟, 郑晓华
【申请人】太原科技大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月10日