多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法

摘要

一种多单元同质金属叠锻生产主轴锻件的方法，解决现有技术存在的铸锭过程中由于操作不当或注速、铸温控制不当，使得铸成的钢锭内部存在空洞、裂纹、偏析和第二相等缺陷，从而导致大型锻件报废的问题。该方法包括：把符合成分要求的轧制板坯作为金属单元体，在真空焊接室内采用激光束进行融合焊接，根据大锻件内部空洞型缺陷闭合条件制定出合理的锻造和加热工艺，使多个金属板坯单元体通过高温保压焊合成整体坯料，再把坯料锻造成工艺尺寸要求的主轴锻件。该方法避免了大钢锭偏析、夹杂、缩孔、疏松、裂纹等缺陷，提升了锻件的整体质量，提高了材料的利用率，降低了能耗，具有显著的经济效益。

主权项

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：${\gamma }_s\left(\frac{{\sigma }_m}{{\sigma }_s}\right)=-F\left(V_0\right)$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$\frac{\partial C}{\partial t}=-\frac{\partial J}{\partial x}$将代入上式，得$\frac{\partial C}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial x}\left(D\frac{dC}{dx}\right)$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：$X=K\sqrt{\tau }$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。