[发明专利]一种高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法，它适用于各种大高径比坯料（如连铸坯）或大高径比钢锭等的自由锻过程。

背景技术

锻造是大部分金属材料加工过程中的重要工序，通过锻造可以改善锻件内部质量，即破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织，并可锻合金属在冶炼过程中产生的缩孔、气孔和疏松等缺陷，对提高锻件质量有着重要的意义。

钢锭在浇注以及随后的凝固过程中会产生缩孔、疏松、气孔等孔洞型缺陷。在金属液浇注到钢锭模以后，与钢锭模接触的金属液将首先凝固，而心部的金属由于热传导慢将最后凝固。钢锭心部区域将逐渐形成糊状区，而此时钢锭冒口顶部表面已经凝固，导致无法对心部进行补缩，最终在沿钢锭轴线的心部区域形成缩孔和疏松等缺陷，这些缺陷由于尺寸较大，必须使用有效的锻造工艺将其锻合，否则将造成整件报废的严重后果，导致重大的经济损失。同样，对连铸坯来说，由于没有冒口对其中心缩孔疏松进行补缩，因此其中心区域通常存在严重的贯穿性缩孔疏松缺陷，采用普通锻造工艺难以使其有效愈合，通常只能使用其锻造筒类、管类件，这就严重限制了其使用范围。

从改变锻件内部应力状态的角度出发，研究人员提出了WHF（宽砧大压下量锻造法）、FM（不对称平砧锻造法）和JTS（中心压实锻造法）等多种拔长方法。在提出这些方法的过程中，人们已经意识到使用宽砧能够更加有效的愈合坯料的中心疏松，但这些拔长方法的砧宽有限导致心部获得的应变较小，仍然不足以完全锻合坯料的中心疏松。如图1所示，通过有限元模拟得到的采用WHF法拔长大高径比坯料的等效应变场分布图，由图中可见应变沿轴线方向应变分布不均匀，在两次压下之间留有接砧区域，此区域的应变很小，成为变形死区，使这些锻造方法无法有效锻合该区域内的孔洞型缺陷。大高径比坯料（如连铸坯）或大高径比钢锭等其高径比大于2，无法使用镦粗工艺，只能对其直接进行拔长。

这就导致其锻比较小，中心应变不足，并在接砧区域存在变形死区，难以有效愈合中心疏松。而如果增大锻比，会导致锻件最终直径较小，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法，以解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合大高径比坯料内部孔洞型缺陷，尤其是轴线疏松的问题。采用本发明制定的锻造方法，能够保证大高径比坯料内部孔洞型缺陷的愈合效果，大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导致报废的可能。且与传统工艺相比由于压下率较小，使用同样尺寸的坯料可以制造直径更大的锻件。

本发明的技术方案是：

本发明提出了一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法，包括如下步骤：

1）对高径比大于2、无法使用镦粗工艺的大高径比坯料，使用平板作为上下砧，采用宽砧径向压实工艺对坯料进行压下，在宽砧径向压实过程中的压下率为20%~40%；

2）在宽砧径向压实后，将坯料回炉重新加热至材料锻造温度并保温；

3）将坯料翻转90°，使用上下平砧采用常规方法进行拔长。

所述步骤1）中，上下砧均使用平板，对坯料进行宽砧径向压实，其压下方向是常规拔长方法中的压下方向。严格来说这是一个镦粗过程，但其压下方向与拔长过程相同，在本发明中称这样一个过程为宽砧径向压实。

所述步骤1）中，坯料为圆柱体时，其压下方向是沿圆柱体坯料的直径方向。

所述步骤1）中，压下率计算公式为：

压下率＝ΔH/H

其中，ΔH为在下砧不发生位移的情况下，锻造过程中上砧压下的距离；H为坯料原始高度；坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向时，则H取直径尺寸。

所述步骤2）中，在宽砧径向压实结束后，将坯料重新加热至材料锻造温度并保温，保温时间在2小时以上，以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

所述步骤2）中，在宽砧径向压实后，钢锭呈扁方状。

所述步骤2）中，保温时间在2小时以上，以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

所述步骤3）中，在宽砧径向压实后将坯料翻转90°，使用WHF法或FM法进行拔长两个趟次，每次压下率均为20%；在两个趟次结束后，继续将坯料拔长至工艺尺寸。

本发明的有益效果是：