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首先,锻造比的定义是锻件在锻造成形时变形程度的一种表示方法,通常用锻坯变形前后的横截面面积之比、长度之比或高度之比来表示。锻造比不仅是表示锻造塑性变形程度的一个几何参数,而且是影响锻造效果及力学性能的一个重要物理参数,以及衡量锻件质量的一个重要指标。
目前锻造各种工序锻造比和变形过程总锻造比的通用计算方法如下所示:
1. 镦粗时的锻造比,也称镦粗比,其值为
U=F1/F0或y=H0/H1
F0、H0—镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度;
F1、H1—镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。
2. 拔长时的锻造比,也称拔长比,其值为
S=F0/F1或y=L1/L0
F0、L0—拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度;
F1 、L0—拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。
3. 扩孔时锻造比,也称扩孔比,其值为:
E=(D0-d0)/ (D1-d1)
D0、d0—扩孔前坯料外圆及内孔尺寸;
D1、d1—扩孔后坯料外圆及内孔尺寸。
4. 当连续墩粗或连续拔长,而进行几次锻造时,则总锻造比有不同的表示方法:
当分锻造比小于2时,墩粗/拔长总锻造比等于各墩粗/拔长分锻造比之积,即
y总 =y1*y2*y3…
当分锻造比大于2时,墩粗/拔长总锻造比等于各墩粗/拔长分锻造比之和,即
y总 =y1+ y2+ y3…
5. 当反复墩粗和拔长时,墩粗总锻造比与拔长总锻造比应分开计算,其综合锻造比的应为:
综合锻造比=墩粗总锻造比+拔长总锻造比
* 如有扩孔工序,综合锻造比应在加上扩孔总锻造比。
值得注意的是,锻造比大小对锻件锻造效果及力学性能有着重要影响。一般规律为:锻造变形过程中随着锻造比增大,内部孔隙焊合及铸态树枝晶被打碎,锻坯的纵向和横向力学性能均得到明显提高;当锻造比超过一定数值后,锻坯内部由于形成纤维组织,横向塑性指标、韧性指标急剧下降,最终导致锻件性能出现各向异性。细分到各个技术指标,参考如下:
1. 锻造比对晶粒度的影响
锻件的晶粒大小和均匀性取决于变形温度、变形程度和变形的均匀性。在850—1200~的锻造温度范围内,钢变形程度必须大于20%,才能使锻件再结晶后获得较细小的晶粒。锻造时若实际发生的锻造比值所表示的变形程度处于该临界变形程度范围内,则锻件再结晶后的晶粒比较粗大。因此,只要变形均匀,终锻温度合适,特别是锻坯在最后一火次实际达到的锻造比值合理,使其变形程度不在临界变形程度范围内,锻件便能获得均匀细小的晶粒组织。
2. 锻造比对金属组织的影响
钢锭锻造达到一定的锻造比值时,铸态组织的树枝状晶粒便被击碎,并沿主变形方向变形伸长,在晶粒再结晶后也不会改变,使金属组织具有一定方向性,通常称为“纤维组织”,其宏观痕迹即“流线”。当钢锭只进行拔长变形时,锻造比达到2~3时便会出现纤维组织;如果首先进行镦粗然后进行拔长,锻造比要达到4~5时才能形成纤维组织,并且锻造比越大,纤维方向则越明显。
3. 锻造比对力学性能的影响
金属的力学性能决定于它的组织状态。钢锭经过适当锻造比值的锻造变形可获得致密的锻造组织,晶粒细化,纵向和横向力学性能均有显著提高。锻造比继续增大时,强度指标变化不大,且方向性不明显,但塑性指标、韧性指标方向性明显,横向(切向、径向)的塑性指标、韧性指标开始下降。同时随着锻造比增大,锻件疲劳极限得到提高,当锻造比达到一定数值后,疲劳极限保持同一水平,不再提高。
综上所述,锻造变形过程中,实际发生的各工序锻造比及总锻造比如果过小,锻件毛坯成形后就达不到改善锻件内部质量的目的;锻造比如果过大,不但增加了锻造工序的工作量,并且锻件毛坯性能还会存在各向异性。合理确定锻造比大小是确保理想的锻造效果和获得高质量锻件的重要因素之一。锻件的锻造比大小,应综合考虑原材料化学成分、零件工作状态受力情况及所用钢锭大小等因素后选取。
另外针对综合锻造比的计算方式,国内外现仍有各种不同的计算方法,因此计算综合锻造比时,应将镦粗锻造比与拔长锻造比分开计算表示能更正确反映生产工艺。
最重要的一点,无论锻造比如何选择,锻件是否合格的关键的还是看最后的组织检测和探伤情况,如果锻件组织晶粒致密均匀细小,纵向横向的强度韧性塑性等技术指标能满足要求,且能通过超声,磁粉和渗透的探伤验收标准,那么该锻造比的选择即合理。
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