近來，隨著經濟的快速發展，大型十字軸鍛件作為傳動系統的關鍵部件，能夠很好的適應傳動軸間的較大角位移，而且具有傳遞扭矩范圍大、結構緊湊、傳動效率高、維修保養方便等特點，因此廣泛應用于起重、工程運輸、礦山、石油、船舶、煤炭及其他重機行業。形狀分析
我公司生產一種大型十字軸產品，采用20CrNi2Mo材質。該十字軸產品屬于復雜型鍛件，其大批量生產主要采用胎模鍛造，小批量件采用自由鍛造，其產品交貨尺寸如圖1所示。正回火后單邊留5mm粗加工（保證精加工尺寸）去應力后黑皮交貨，鍛比≥4。鋼錠采用電爐冶煉+鋼包精煉+真空脫氣。拉伸試樣端頭檢測化學成分，按GB/T 3077-2006控制成品化學成分允許偏差。
鍛造難點
本工藝中大型十字軸鍛件批量小，采用胎模鍛模具成本高且大型十字軸胎模鍛需要的壓力巨大，現有壓機無法實現，故使用自由鍛。此件在自由鍛造生產中成形極其困難、工序繁雜、生產效率低、制造成本高。自由鍛時切肩不足，無法正常拔長，為此工藝編制人員對此鍛件進行了技術分析討論，并制訂了詳細的鍛造工藝（圖2），我們采用了橫向展寬拔長的方法，巧妙地解決了切肩不足的問題。
具體工藝過程
⑴鋼錠冶煉。電爐精煉+鋼包精煉+真空脫氣。采用10～13噸鋼錠模澆鑄，鋼錠脫模后熱轉至鍛壓車間裝爐加熱。⑵鋼錠加熱。鋼錠熱轉至鍛壓車間，熱轉鋼錠冒口溫度≥600℃，水口溫度≥500℃，有良好的塑性，不論是組織應力還是熱應力都能得到良好的釋放，不會造成鋼錠加熱缺陷，加熱曲線如圖3所示。
⑶鍛造過程。鋼錠重達12.25t，在3150噸壓機上鍛造完成。第一火需要在1250℃保溫11h。鋼錠冒口端壓鉗把、倒棱、挫水口，鐓粗至直徑φ1500 mm，采用WHF鍛造法拔長，拔至直徑φ950mm。倒棱時在高溫下進行，單邊壓下量30～50mm，防止在后續的大變形中開裂；鐓粗時保證坯料和鋼錠中心線垂直，防止產生彎曲；拔長時采用合理工裝，嚴格按WHF鍛造法參數控制，如果坯料有裂傷出現應及時清理。第二火在1250℃保溫10h。鐓粗至直徑φ1500 mm，采用WHF鍛造法拔長至1000mm×1000mm，壓肩如圖4(a）所示，拔長至圖4(b）尺寸。此火次鐓粗時仍要保證坯料和鋼錠中心線垂直，防止產生彎曲，切肩時要測量準尺寸，刻印要清晰，防止切肩錯誤。由于第二火仍要進行鐓粗，故第二火始鍛溫度為1250℃，保溫時間≥11小時。
第三火在1200℃保溫12h。橫向展寬至圖4(c）尺寸，鍛至圖4(d）尺寸，精整各部至鍛件尺寸，出成品（圖5）。此火次主要目的是成形。整體鍛造時間不長，故始鍛溫度為1200℃，鍛造完成后空冷至≥600℃裝爐執行鍛后熱處理工藝。
工藝要點解析
⑴本工藝主變形采用WHF鍛造法，以打碎鋼錠粗大樹枝晶，壓實鍛合鋼錠內部缺陷，保證十字軸探傷要求，保證其內在質量。⑵本工藝采用橫向展寬拔長的方法成形，節約了切肩余料，大幅降低了生產成本， 提高了此類產品的市場競爭力，為此類產品開拓市場打下基礎。⑶本工藝鍛造出和成品一致的形狀，保證了十字軸完整的纖維流線，使其在使用過程中具有較好的力學性能，保證了其使用壽命。⑷本工藝第一、第二火始鍛溫度采用1250℃，保溫10～11h，以保證主變形在高溫下進行，確保壓實焊合鋼錠內部缺陷，第三火根據鍛造實際變形量設計始鍛溫度1200℃，使鍛件終鍛溫度控制在800℃左右，從而保證了鍛件的晶粒度，使十字軸達到更好的機械性能，最終達到延長其實際使用壽命的目的。⑸本工藝采用兩次鐓粗拔長，第一次鐓粗拔長的目的是壓實鍛合鋼錠內部缺陷，保證其探傷要求，第二次鐓粗拔長的目的，一方面是進一步壓實鍛合缺陷，另一方面是為了實現鍛件成形。
鍛后熱處理
該十字軸要求正回火后粗加工去應力退火后交貨，由于后續還需滲碳及調質等工序，因此交貨態沒有性能及硬度要求。但由于該材質易產生粗晶，導致最終熱處理后開裂，在鍛后熱處理時需注意晶粒度的控制。⑴等溫退火。鍛后經300℃左右過冷待料，然后以≤60℃/h的速度升溫至670℃均溫，防止工件內外溫差過大，并能為后續快速加熱提供便利。再以滿功率升溫至910～930℃，促進奧氏體晶核快速大量的生成以便細化晶粒，保溫后封爐冷至690℃長時間保溫，確保組織完全轉變為珠光體和鐵素體，用以消除組織殘余。然后繼續爐冷至300℃左右。⑵正火。類似于上一步等溫退火，將工件加熱至910℃，再次細化奧氏體晶粒，保溫后空冷至300℃左右。⑶高溫回火。將工件加熱至620～650℃長時間保溫，以充分消除應力，降低硬度、降低H含量。經過三步鍛后熱處理，為機械加工提供適宜的硬度，同時消除鍛造時產生的內部應力，細化晶粒，改善鍛件內部的化學成分和組織不均勻性，降低H含量。粗加工完成后對鍛件進行超聲波探傷，各部位探傷均合格，符合客戶要求。
結束語
通過此十字軸的鍛造工藝設計和鍛造過程跟蹤，對此類鍛件的鍛造生產有了更加深刻的認識，為十字軸類鍛件工藝設計和改進積累了經驗。對大型、小批量十字軸鍛件無法進行胎模鍛而采用自由鍛時具有較大的借鑒價值。
