一種新型V砧及使用該V砧的鍛造方法與流程

本發明屬于鍛造設備及鍛造工藝領域，特別地，涉及一種新型V砧及使用該新型V砧的鍛造方法。

背景技術：

隨著安全性和使用壽命的不斷提高，大型鍛件的質量和鍛造要求在不斷提高。如某700MW級大型水輪機空心主軸鍛件在力學性能方面要求比較高：屈服強度≥295MPa，斷裂強度≥480MPa。水輪機空心主軸鍛件為典型的大型筒體鍛件。相對于實心鋼錠生產大型筒體鍛件，采用空心鋼錠有以下優點：能顯著提高鋼錠利用率；可省去沖孔工序；內外同時冷卻提高了凝固速度，可減小偏析；能提高現有設備加工能力。然而，由于大型筒體鍛件采用的大型空心鋼錠尺寸和噸位都比較大，大型空心鋼錠內部不可避免地存在縮孔、疏松和粗大晶粒等缺陷。

消除大型空心鋼錠內部的缺陷以確保大型筒體鍛件的質量除了應配備足夠能力的鍛壓設備外，關鍵是應采用特別有效的型砧。大型空心鋼錠的常規鍛造工藝為第一次鐓粗、第一次上平下V砧芯軸拔長、第二次鐓粗和第二次上平下V砧芯軸拔長。由于兩次芯軸拔長中下V砧均為普通V砧，下V砧和鋼錠下表面間存在較大的間隙，鋼錠的壓實效果較差，鍛后鋼錠內部仍存在一定數量的縮孔、疏松缺陷，且晶粒較粗大；此外，上平下V砧芯軸拔長時，V砧一側變形相對較小，大變形區集中在平砧與芯軸間靠近芯軸處，特別是V砧上方的鋼錠下表面層變形極小，最終空心鋼錠圓截面的變形均勻性較差，晶粒的均勻程度較低。

發明專利“一種用于鍛造空心核電主管道的半閉合工裝”(申請號201210078229.8)，可有效用于核電主管道的鍛造，可使其管壁變形均勻和使其晶粒細化，但該工裝較為復雜，并且沒有考慮增強壓實效果以消除縮孔疏松缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種新型V砧，為上平下V砧，包括上平砧1、下V砧2和芯軸3，對空心鋼錠4進行芯軸拔長，下V砧2包括大圓角型V砧和凸型V砧；大圓角型V砧的工作面分別為左斜面201、右斜面202和過渡圓角面203；凸型V砧的工作面分別為左斜面201、右斜面202、凸型圓角面204、左過渡圓角面205和右過渡圓角面206。

優選地，設定θ為大圓角型V砧及凸型V砧左斜面201與右斜面202之間的夾角即砧角，θ為100-140°，左斜面201與豎直方向的夾角、右斜面202與豎直方向的夾角相同，均為θ/2。

優選地，設定R為過渡圓角面203的半徑，R₀為空心鋼錠4的外徑，R滿足0.8≤R/R₀≤1.2。

優選地，設定R_c為凸型圓角面204的半徑，R₀為空心鋼錠4的外徑，R_c滿足0.3≤R_c/R₀≤0.5；設定r為左過渡圓角面205或右過渡圓角面206的半徑，W為砧寬，r滿足r＝0.1W。

優選地，砧角θ為120°，R/R₀＝1.0，R_c/R₀＝0.4。

本發明的目的還在于提供了一種使用新型V砧的鍛造方法，主要包括以下步驟，

一、使用上平下V砧對空心鋼錠4進行芯軸拔長，下V砧2采用大圓角型V砧，壓下率為10％～25％，砧寬比為0.6-0.9，翻轉角度為20-25°；完成10-20次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

二、對空心鋼錠進行倒棱、滾圓、鐓粗處理，鐓粗比為1.5-2.5；

三、使用上平下V砧對空心鋼錠4進行芯軸拔長，下V砧2采用凸型V砧，壓下率為9％～15％，砧寬比為0.6-0.9，翻轉角度為15-20°；完成15-25次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

四、進行倒棱、滾圓處理，鍛造出成品。

優選地，上述步驟一中的壓下率為15％，砧寬比為0.75，翻轉角度為22.5°；完成16次拔長；

優選地，上述步驟二中的鐓粗比為2；

優選地，上述步驟三中的壓下率為11％，砧寬比為0.75，翻轉角度為17.14°；完成21次拔長。

本發明的有益效果為：

(1)采用大圓角V砧進行芯軸拔長時，大圓角V砧和空心鋼錠下表面間的間隙減小，大圓角V砧的過渡圓角面使空心鋼錠下表面材料的流動受阻，空心鋼錠內部可獲得更大的等效應變和更強大的靜水壓力，有利于壓實焊合空心鋼錠內部的縮孔疏松缺陷和促使材料發生完全動態再結晶形成細小的等軸晶。

(2)采用凸型V砧進行芯軸拔長時，凸型V砧的凸型圓角面能顯著增大空心鋼錠下表面層的變形和減小空心鋼錠下表面層等效應變與其它位置等效應變的差距，極大提高單砧拔長的變形均勻性，有利于提高晶粒均勻程度。

(3)水輪機空心主軸等大型筒體鍛件第一次芯軸拔長時，下V砧采用大圓角V砧能顯著增強空心鋼錠內部縮孔疏松的壓實焊合效果和促使材料發生完全動態再結晶形成細小的等軸晶，可省去第一次鐓粗工藝，從而能節省能源降低消耗。

(4)水輪機空心主軸等大型筒體鍛件第二次芯軸拔長時，下V砧采用凸型V砧能極大地提高單砧拔長的變形均勻性，這有利于提高晶粒均勻程度。

附圖說明

圖1為本發明的一種新型V砧的橫向剖面圖；

圖2為本發明的一種新型V砧的縱向剖面圖；

圖3為本發明的一種新型V砧的圓角V砧的橫向剖面圖；

圖4為本發明的一種新型V砧的凸型V砧的橫向剖面圖。

圖中，1—上平砧，2—下V砧，201—左斜面，202—右斜面，203—過渡圓角面，204—凸型圓角面，205—左過渡圓角面，206—右過渡圓角面，3—芯軸，4—空心鋼錠。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。

附圖中，R為過渡圓角面203的半徑，R₀為空心鋼錠4的外徑，R_c為凸型圓角面204的半徑，r為左過渡圓角面205或右過渡圓角面206的半徑，θ為左斜面201與右斜面202之間的夾角即砧角，W為砧寬。

如圖1和2所示，新型V砧包括上平砧1、下V砧2和芯軸3，對空心鋼錠4進行芯軸拔長的鍛造工序。其中，本發明的下V砧2包括大圓角型V砧和凸型V砧兩種類型。

如圖3所示，本發明的大圓角型V砧，其工作面分別為左斜面201、右斜面202和過渡圓角面203。所述左斜面201與豎直方向的夾角、所述右斜面202與豎直方向的夾角相同，均為θ/2，θ為100-140°。過渡圓角面203的半徑R滿足0.8≤R/R₀≤1.2。過渡圓角面203能使V砧上方空心鋼錠4的下表面的流動受阻，從而空心鋼錠4的內部可獲得更大的等效應變和更強大的靜水壓力，能有效消除空心鋼錠內部的縮孔疏松和細化原始的粗大晶粒。

如圖4所示，本發明的凸型V砧，其工作面分別為左斜面201、右斜面202、凸型圓角面204、左過渡圓角面205和右過渡圓角面206。所述左斜面201與豎直方向的夾角、所述右斜面202與豎直方向的夾角相同，均為θ/2，θ為100-140°。凸型圓角面204的半徑R_c滿足0.3≤R_c/R₀≤0.5。左過渡圓角面205的半徑r及右過渡圓角面206的半徑r均滿足r＝0.1W，W為砧寬。凸型圓角面204能使空心鋼錠4的內部和表面層均能獲得較大的等效應變，提高拔長的變形均勻性，減少混晶發生，提高晶粒均勻程度。

本發明還提供了一種使用新型V砧的鍛造方法，主要包括以下步驟：

一、使用上平下V砧對空心鋼錠4進行芯軸拔長，下V砧2采用大圓角型V砧，砧角θ為100-140°，0.8≤R/R₀≤1.2，壓下率為10％～25％，砧寬比為0.6-0.9，翻轉角度為20-25°；完成10-20次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

二、對空心鋼錠進行倒棱、滾圓、鐓粗處理，鐓粗比為1.5-2.5；

三、使用上平下V砧對空心鋼錠4進行芯軸拔長，下V砧2采用凸型V砧，砧角θ為100-140°，0.3≤R_c/R₀≤0.5，壓下率為9％～15％，砧寬比為0.6-0.9，翻轉角度為15-20°；完成15-25次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

四、進行倒棱、滾圓處理，鍛造出成品。

下面進行舉例說明。某700MW級大型水輪機的空心主軸鍛件，鍛件外徑4000mm，采用的空心鋼錠尺寸為Φ3600mm×Φ1200mm×3600mm。

使用新型V砧的鍛造方法步驟如下：

一、使用上平下V砧對空心鋼錠進行芯軸拔長，下V砧2采用大圓角型V砧，砧角θ為120°，R/R₀＝1.0，壓下率為15％，砧寬比為0.75，翻轉角度為22.5°；完成16次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

二、對空心鋼錠進行倒棱、滾圓、鐓粗處理，鐓粗比為2；

三、使用上平下V砧對空心鋼錠進行芯軸拔長，下V砧2采用凸型V砧，砧角θ為120°，R_c/R₀＝0.4，壓下率為11％，砧寬比為0.75，翻轉角度為17.14°；完成21次拔長，每次均采用滿砧進砧方式；

四、進行倒棱、滾圓處理，鍛造出成品。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。