多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法与流程

技术特征：

1.一种多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、根据材质计算焊合所需应变量及温度等因素的影响，依据在大锻件的生产过程中，锻坯内部宏观与微观空洞型缺陷的闭合条件：

${\mathrm{\γ}}_s\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_m}{{\mathrm{\σ}}_s}\right)=-F\left(V_0\right)$

式中：γ_s——八面体的切应变

V₀——原始的空洞率

其中，

确定空洞的面积，再根据空洞面积确定板坯单元体的截面尺寸，选择出合适尺寸的轧制板坯；

步骤二、多个相同材质的金属板坯单元体在进行堆叠之前，对板坯单元体的接触面进行处理，首先去除板坯单元体表面的氧化皮，然后用有机溶剂清洗板坯单元体的表面；以确保板坯单元体需要焊接的接触面高度清洁，无杂质、油渍及表面氧化物等残留，尽可能地减少主轴锻件的缺陷；

步骤三、将清洁后的板坯单元体逐层堆叠，然后快速地转入到真空焊接室内，采用激光束融化母材的方式，对堆叠的板坯单元体的各结合处进行融合焊接；以使堆叠的板坯单元体形成一个整体，并防止结合处进入杂质，影响锻造效果；

步骤四、将焊接成一体的堆叠板坯单元体平放在加热炉的垫铁上，单元体的焊接面平行于水平面，然后开始对板坯单元体进行加热，加热工艺为：在350℃保温10小时后，以小于或等于50℃/小时的升温速率将温度升高到750℃，在750℃保温7小时，然后再以小于或等于50℃/小时的升温速率将温度升高到1080℃，并在1080℃保温12小时后，按照加热炉的自动加热功率快速升温到1220℃，最后在1220℃保温20小时；以在对板坯单元体进行加热的同时，消除经过激光束融合焊接的堆叠板坯单元体的内应力；

步骤五、把加热后的堆叠板坯单元体吊装到水压机的墩粗平台上，对堆叠板坯单元体进行墩粗保压焊合，墩粗保压焊合的温度、保温时间和焊接比压三者满足菲克第二定律，使板坯单元体的裂隙型缺陷充分的焊合；菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，即

$\frac{\∂C}{\∂t}=-\frac{\∂J}{\∂x}$

将代入上式，得

$\frac{\∂C}{\∂t}=-\frac{\∂}{\∂x}\left(D\frac{dC}{dx}\right)$

式中：t——扩散时间(s)

C——扩散物质的体积浓度(kg/m³)

x——距离(m)

板坯单元体的裂纹在墩粗保压焊合过程中，经过裂尖钝化、裂纹分节、裂腔球化、空洞愈合及质量均匀化等阶段，最终完成愈合；

步骤六、对墩粗保压焊合的堆叠板坯单元体进行高温扩散处理，裂隙型缺陷的焊合是通过原子扩散来实现的，原子扩散走过的平均距离与扩散时间的平方根成正比，一般满足以下公式：

$X=K\sqrt{\mathrm{\τ}}$

式中：X——原子的平均距离

τ——保温时间

K——常数，与材质有关

步骤七、墩粗冲孔和马杠扩孔成形。

2.根据权利要求1所述的多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：所述步骤二，对板坯单元体的接触面进行处理时，采用铣床去除板坯单元体表面的氧化皮。

3.根据权利要求1所述的多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：所述步骤二，对板坯单元体的接触面进行处理后，需保证加工后的板坯单元体表面粗糙度小于6.3。

4.根据权利要求1所述的多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：所述步骤二，在去除板坯单元体表面的氧化皮之后，用来清洗板坯单元体表面的有机溶剂是丙酮或酒精。

5.根据权利要求1所述的多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：所述步骤五，采用20SiMn作为主轴锻件的材料时，该材质的焊接温度为1100～1150℃，焊接比压为5～10MPa，焊接时间为30～60min。

6.根据权利要求1所述的多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，其特征在于：所述步骤六，堆叠板坯单元体主轴锻件高温扩散的速度是50～70mm/h。