[科普中國]-拔長

簡介

拔長是決定大鍛件質(zhì)量的主要鍛造工藝。大鍛件鍛造的目的主要是打碎碳化物、鍛合先天性疏松、孔洞型冶金缺陷，同時不萌生新的裂紋源，以獲得均質(zhì)致密的鍛件。由于鋼錠內(nèi)部不可避免地具有不同程度的內(nèi)部疏松、孔洞與夾雜物，因此采用何種有效的工藝去鍛合內(nèi)部這些缺陷，如何創(chuàng)造有利的力學(xué)條件，使之在鍛造過程中不出現(xiàn)新裂紋或夾雜性裂紋，一直是鍛造工作者關(guān)心與研究的問題。

自20世紀(jì)50年代以來，各國的鍛造工作者開展了大量探索研究，在平砧拔長研究的基礎(chǔ)上，先后提出了一系列新拔長方法，這些方法的共同點是采用寬砧、大壓下量來消除心部軸向拉應(yīng)力和鍛合內(nèi)部缺陷，為此，進行了一系列模擬實驗，研究各種拔長方法的砧寬比、變形特點、鍛造效果及孔洞鍛合機理#但由于各研究者得到了不同的不產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力的臨界砧寬比，對寬砧、大壓下量鍛造，沒有從系統(tǒng)觀點來認識拔長，當(dāng)拔長翻轉(zhuǎn)90°以后，如何控制砧寬比等問題，直到近10年，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人們認識的提高，提出了拔長新理論及新工藝，統(tǒng)一了臨界砧寬比，使拔長的研究上升到一個新的高度。綜觀大鍛件拔長工藝的研究過程，反映了人們認識規(guī)律的逐步升華過程1。

拔長分類拔長分類：拔長有平砧和型砧或摔子拔長之分。對于塑性較高的合金，如TA0、TA1、TA2、TA3、TC1、Zr-2等可采用平砧拔長，對于塑性較低的合金，如：TA6、TA7、TC4及鎢、鉬等應(yīng)采用型砧或摔子拔長，后一種拔長法比前一種拔長法有利于塑性變形。

抜長時，胚料并不是在全長上同時變形，只有在砧鐵間受到砧鐵壓力的一段上才產(chǎn)生變形。而變形區(qū)的兩端是不受壓力的，是不產(chǎn)生變形的非變形區(qū)。抜長的變形區(qū)可以看成是矩形截面胚料的鐓粗，同樣呈現(xiàn)出難變形區(qū)、易變形區(qū)和自由變形區(qū)。因此，可以參考鐓粗變形區(qū)來分析抜長在變形區(qū)內(nèi)的變形，不過還要考慮到兩端的非變形區(qū)對變形區(qū)的牽制作用。

平砧拔長的研究平砧拔長是最早采用的拔長方法，由于工具簡單適應(yīng)性強一直廣泛采用。在小鍛件鍛造時代，主要考慮拔長效率，而對拔長質(zhì)量未作過高要求。隨著大鍛件的出現(xiàn)，鋼錠內(nèi)部的疏松、空洞、微裂紋缺陷增多，對鍛造提出了更高的要求，從此開始研究平砧拔長。

70年代，日本河合正吉等在塑料泥中埋入傳感器，測試了不同砧寬比下平砧拔長內(nèi)部應(yīng)力分布2。

拔長方法在研究平砧拔長的同時，人們逐步認識到應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)對鍛合大鍛件內(nèi)部缺陷的重要性。因此各國的鍛壓工作者一直在尋求通過改變邊界條件以獲得最佳的鍛合條件。從上下平砧拔長發(fā)展為上平砧、下V型砧拔長，后來通過改變拔長砧形和工藝條件。又發(fā)展了FM鍛造法、WHF鍛造法、KD鍛造法、SUF鍛造法、TER鍛造法、JTS鍛造法、FML鍛造法和AVD鍛造法，這些方法都已成功應(yīng)用于大鍛件生產(chǎn)。其中，最具代表性的是JTS法、FM法和WHF鍛造法。

60年代初期，日本學(xué)者Tefeno和Shikanno發(fā)明了表面降溫的JTS法。在我國常稱為硬殼鍛造法或中心壓實法。該法自提出以來，先后在美、蘇、西德、捷克等國家得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。

70年代日本學(xué)者河合正吉等根據(jù)滑移線理論的解析結(jié)果。提出拔長時采用上平砧下平臺的FM法，即免除曼內(nèi)斯曼效應(yīng)的鍛造法。通過實驗研究，F(xiàn)M法的砧寬比≥0.4-0.5，軸向不產(chǎn)生拉應(yīng)力，這與上、下平砧拔長軸向不產(chǎn)生拉應(yīng)力的砧寬比≥0.8-0.9相比。要小一倍以上，所需鍛壓力，前者只為后者的2/3，F(xiàn)M法省力。使現(xiàn)有設(shè)備和工具拔長大鋼錠成為可能，是大型模塊鍛造的重要方法3。

拔長工藝研究展望鍛造工作者經(jīng)過長期的探索研究，取得了顯著的成就，為提高大型鍛件質(zhì)量作出了巨大貢獻，隨著大型鍛件尺寸的增大，對鍛件質(zhì)量的要求更高，鍛造工藝為了適應(yīng)這一要求，必須對下列問題開展研究。

1.鍛比的重新認識。長期以來用鍛比來衡量鋼錠的壓實程度，為了提高質(zhì)量，常采用大鍛比鍛造，即增加鐓粗次數(shù)，但隨著鋼錠的日趨大型化，大鋼錠鐓粗逐漸受到水壓機能力的限制，而且大鍛比鍛造必然增加鍛造火次。因此應(yīng)重新認識鍛比，鍛比是拔長前后長度之比，是一個宏觀的評價指標(biāo)，不足以評價內(nèi)部質(zhì)量，而應(yīng)該建立一套微觀的評價指標(biāo)、如靜水壓力、當(dāng)量等效應(yīng)變，以此為出發(fā)點，重點研究不需鐓粗而直接拔長或減少鐓粗次數(shù)的小鍛比鍛造。

2.鍛造方法與技術(shù)路線的綜合評判。不同的鍛造方法的鍛造效果、能源能耗、生產(chǎn)效率、勞動強度、技術(shù)要求各不相同，分別適用于不同的場合，如JTS法中心壓實效果好、但勞動條件差、技術(shù)要求高，一般僅用于大型軸類鍛件的壓實，因此在制訂具體鍛件的變形工藝時，采用何種方法與技術(shù)路線應(yīng)綜合考慮。

3.微觀模擬與控制鍛造。鍛造是在高溫、大變形力作用下伴隨著動態(tài)回復(fù)再結(jié)晶，靜態(tài)回復(fù)再結(jié)晶等微觀組織變化的熱力過程。在宏觀模擬的基礎(chǔ)上，應(yīng)大力開展微觀模擬、熱力模擬研究、掌握微觀組織的演變規(guī)律和熱力學(xué)參數(shù)對鍛件內(nèi)部質(zhì)量的影響規(guī)律，以實現(xiàn)控制鍛造和質(zhì)量預(yù)報1。