本發明涉及一種臺階軸的自由鍛造方法。

背景技術：

改型12cr鋼采用以12cr為基礎的鋼種，在基礎鋼里，添加mo、v、w等強烈的碳化物形成元素，形成穩定的、細小的碳、氮化合物以起強化作用。但由于其含有較多的合金元素，故在高溫下要比碳鋼和合金結構鋼的變形抗力大。同時該類鋼加熱到鍛造溫度時，晶界上仍有第二相-α鐵素體存在，由于它與基體γ相的機械性能和再結晶條件不同，致使鋼的工藝塑性大為下降，故其鍛造難度較碳鋼和合金結構鋼困難。

由于該類鋼的可鍛性差，故現有的12cr鋼臺階軸鍛件在生產時易發生如下問題：

1、臺階軸切肩后，再經平砧拔長、倒棱后，在滾圓成型過程中，由于錘擊過重、材料表面溫度降低和滾圓時坯料中心拉應力的綜合作用，容易產生表面裂紋和中空縱裂；

2、為了在鍛件上鍛出臺階或凹檔，必須先用三角壓棍壓肩或用圓壓棍壓痕，并切出所需坯料長度，然后將所需部分局部拔長，如果切肩過深在拔長后就會在切肩處留有深痕，臺階或凹檔就會沒有足夠的修整余量使鍛件報廢；如果切肩過淺，且由于鍛錘上下砧錯移的原因，就會使臺階和凹檔處在拔長時產生折疊。

上述問題的產生常致使鍛件批量返修和報廢，既浪費大量的能源，又耽誤生產周期。

技術實現要素：

本發明為了解決目前的12cr鋼臺階軸在自由鍛造過程中容易發生表面裂紋或臺階、凹檔容易折疊的問題。

12cr鋼臺階軸的自由鍛造方法，包括以下步驟：

步驟一、坯料加熱：

對坯料采取低于750℃裝爐，于750℃～850℃恒溫，加熱到始鍛溫度1150±10℃；

步驟二、坯料鐓粗后拔長：

采用先對坯料進行鐓粗，鐓粗比達到2.5-3.0；然后采用拔長工藝拔長；

步驟三、切肩：

針對不同的切肩深度設計不同型號的切肩三角刀，并利用不同型號的切肩三角刀對臺階軸進行快速切肩，同時在臺階和凹檔處留有足夠的修整余量；

步驟四、臺階軸拔長：

調整鍛造設備上下砧平直度，采用型摔胎模的成型操作方式，使毛坯呈軸向纖維流向，鍛件塑性變形后得到等軸細晶組織；

步驟五、鍛件修整后，進行鍛造后熱處理：

鍛件修整后，隨爐冷卻。

優選地，步驟一所述750℃～850℃恒溫的時長1-1.5小時。

優選地，步驟一所述加熱到始鍛溫度1150±10℃的過程中升溫速度為200℃/小時。

優選地，步驟四調整鍛造設備上下砧平直度的過程中要保證不平度小于等于1％。

優選地，步驟一所述的750℃～850℃恒溫的時長1小時。

本發明具有以下有益效果：

利用本發明進行12cr鋼臺階軸的自由鍛造，避免了錘擊過程，而且本發明的裝爐溫度及始鍛溫度避免了快速加熱時產生裂紋，也避免了長時間加熱保溫造成的晶粒粗大、產生過燒的問題。同時本發明在原有的只采用拔長工序前，增加鐓粗工序，能夠使得工件達到規定的鍛比，獲得較好的晶粒度和力學性能；而且本發明為了鍛出臺階和凹檔，優化原有的采用三角壓棍壓肩或者采用圓壓棍壓痕等方式，針對不同的切肩深度設計不同型號的切肩三角刀，對臺階軸進行快速切肩，同時在臺階和凹檔處留有足夠的修整余量，避免了臺階或凹檔沒有足夠的修整余量使鍛件報廢，解決了臺階、凹檔容易折疊的問題。利用本發明進行12cr鋼臺階軸的自由鍛造，能夠使鍛件的報廢率降低60％以上。

附圖說明

圖1為切肩三角刀的主視圖；

圖2為切肩三角刀的側視圖

圖3為切肩三角刀工作示意圖；

圖4為型摔胎模設計圖；

圖5為型摔胎模工作示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：

12cr鋼臺階軸的鍛造過程需要通過合理地繪制臺階軸鍛件圖，計算坯料尺寸和質量，選取合適的加熱方式和鍛造溫度，開發合適的壓痕工具，優化原有地成型方式，達到鍛件滿足設計圖紙要求和表面質量、力學性能滿足技術標準規定。

本實施方式所述的12cr鋼臺階軸的自由鍛造方法，包括以下步驟：

步驟一、坯料加熱：

對坯料采取低于750℃裝爐，于750℃～850℃恒溫，加熱到始鍛溫度1150±10℃；

目前的12cr鋼臺階軸的鍛造方法，由于坯料表面存在細微缺陷，會造成快速加熱時產生裂紋；該類鋼加熱溫度過高時，一般在1200℃左右時，會有有害相δ鐵素體形成，鍛造時容易開裂；坯料在后續鍛造過程中因加熱不透也會產生中空縱裂；同時由于長時間加熱保溫會造成晶粒粗大、產生過燒等問題。采用本步驟的坯料加熱步驟則可以防止這些問題的發生。

步驟二、坯料鐓粗后拔長：

采用先對坯料進行鐓粗，鐓粗比達到2.5-3.0；然后采用拔長工藝拔長；

通過試驗比較，在原有的只采用拔長工序前，增加鐓粗工序，并保證鐓粗比達到2.5-3.0，可以獲得較好的晶粒度和力學性能。

步驟三、切肩：

針對不同的切肩深度設計不同型號的切肩三角刀，并利用不同型號的切肩三角刀對臺階軸進行快速切肩，同時在臺階和凹檔處留有足夠的修整余量；

為了鍛出臺階和凹檔，優化原有的采用三角壓棍壓肩或者采用圓壓棍壓痕等方式，針對不同的切肩深度設計不同型號的切肩三角刀，對臺階軸進行快速切肩，同時在臺階和凹檔處留有足夠的修整余量，以避免臺階或凹檔沒有足夠的修整余量使鍛件報廢。

為了鍛出臺階和凹檔，優化原有的采用三角壓棍壓肩或者采用圓壓棍壓痕等方式，針對不同的切肩深度設計不同型號的切肩三角刀，對臺階軸進行快速切肩的過程中，設計的切肩三角刀圖如圖1、圖2所示，工作示意圖如圖3所示。圖1為切肩三角刀的主視圖，圖2為切肩三角刀的側視圖，圖1至圖3中a/b/l的長度隨切肩深度和臺階軸大小而變。

步驟四、臺階軸拔長：

調整鍛造設備上下砧平直度，采用型摔胎模的成型操作方式，使毛坯呈軸向纖維流向，鍛件塑性變形后得到等軸細晶組織；

為保證毛坯呈軸向纖維流向，鍛件塑性變形后得到等軸細晶組織和較好的軸向性能，及防止臺階過渡區存在折疊等缺陷，臺階軸拔長采用型摔胎模的成型方式，型摔胎模設計圖如圖4所示，圖4所示的型摔胎模設計圖中h隨工件尺寸而變；型摔胎模工作示意圖如圖5所示，圖5中心處的圓形為工件。

步驟五、鍛件修整后，進行鍛造后熱處理：

鍛件修整后，改變原有的灰冷、空冷方式為隨爐冷卻。

通過隨爐冷卻以降低冷卻速度的方式，可使表層和中心之間存在的溫度差引起的不均勻膨脹降低，同時減少由于相變前后組織的比容變化，大大降低鍛件出現表面裂紋的幾率，同時保證后續機械加工要求。

具體實施方式二：

本實施方式步驟一所述750℃～850℃恒溫的時長1-1.5小時。

其他步驟和參數與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：

本實施方式步驟一所述加熱到始鍛溫度1150±10℃的過程中升溫速度為200℃/小時。

其他步驟和參數與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：

本實施方式步驟四調整鍛造設備上下砧平直度的過程中要保證不平度小于等于1％。

其他步驟和參數與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：

本實施方式步驟一所述的750℃～850℃恒溫的時長1小時。

其他步驟和參數與具體實施方式一至四之一相同。