近來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型十字軸鍛件作為傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，能夠很好的適應(yīng)傳動軸間的較大角位移，而且具有傳遞扭矩范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于起重、工程運(yùn)輸、礦山、石油、船舶、煤炭及其他重機(jī)行業(yè)。形狀分析
我公司生產(chǎn)一種大型十字軸產(chǎn)品，采用20CrNi2Mo材質(zhì)。該十字軸產(chǎn)品屬于復(fù)雜型鍛件，其大批量生產(chǎn)主要采用胎模鍛造，小批量件采用自由鍛造，其產(chǎn)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(yīng)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(xué)成分，按GB/T 3077-2006控制成品化學(xué)成分允許偏差。
鍛造難點(diǎn)
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(xiàn)有壓機(jī)無法實現(xiàn)，故使用自由鍛。此件在自由鍛造生產(chǎn)中成形極其困難、工序繁雜、生產(chǎn)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(jìn)行了技術(shù)分析討論，并制訂了詳細(xì)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(zhuǎn)至鍛壓車間裝爐加熱。⑵鋼錠加熱。鋼錠熱轉(zhuǎn)至鍛壓車間，熱轉(zhuǎn)鋼錠冒口溫度≥600℃，水口溫度≥500℃，有良好的塑性，不論是組織應(yīng)力還是熱應(yīng)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(dá)12.25t，在3150噸壓機(jī)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(jìn)行，單邊壓下量30～50mm，防止在后續(xù)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(chǎn)生彎曲；拔長時采用合理工裝，嚴(yán)格按WHF鍛造法參數(shù)控制，如果坯料有裂傷出現(xiàn)應(yīng)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(chǎn)生彎曲，切肩時要測量準(zhǔn)尺寸，刻印要清晰，防止切肩錯誤。由于第二火仍要進(jìn)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(zhí)行鍛后熱處理工藝。
工藝要點(diǎn)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(nèi)部缺陷，保證十字軸探傷要求，保證其內(nèi)在質(zhì)量。⑵本工藝采用橫向展寬拔長的方法成形，節(jié)約了切肩余料，大幅降低了生產(chǎn)成本， 提高了此類產(chǎn)品的市場競爭力，為此類產(chǎn)品開拓市場打下基礎(chǔ)。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(xué)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(jìn)行，確保壓實焊合鋼錠內(nèi)部缺陷，第三火根據(jù)鍛造實際變形量設(shè)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(dá)到更好的機(jī)械性能，最終達(dá)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(nèi)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(jìn)一步壓實鍛合缺陷，另一方面是為了實現(xiàn)鍛件成形。
鍛后熱處理
該十字軸要求正回火后粗加工去應(yīng)力退火后交貨，由于后續(xù)還需滲碳及調(diào)質(zhì)等工序，因此交貨態(tài)沒有性能及硬度要求。但由于該材質(zhì)易產(chǎn)生粗晶，導(dǎo)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(jīng)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(nèi)外溫差過大，并能為后續(xù)快速加熱提供便利。再以滿功率升溫至910～930℃，促進(jìn)奧氏體晶核快速大量的生成以便細(xì)化晶粒，保溫后封爐冷至690℃長時間保溫，確保組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體，用以消除組織殘余。然后繼續(xù)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(xì)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(yīng)力，降低硬度、降低H含量。經(jīng)過三步鍛后熱處理，為機(jī)械加工提供適宜的硬度，同時消除鍛造時產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善鍛件內(nèi)部的化學(xué)成分和組織不均勻性，降低H含量。粗加工完成后對鍛件進(jìn)行超聲波探傷，各部位探傷均合格，符合客戶要求。
結(jié)束語
通過此十字軸的鍛造工藝設(shè)計和鍛造過程跟蹤，對此類鍛件的鍛造生產(chǎn)有了更加深刻的認(rèn)識，為十字軸類鍛件工藝設(shè)計和改進(jìn)積累了經(jīng)驗。對大型、小批量十字軸鍛件無法進(jìn)行胎模鍛而采用自由鍛時具有較大的借鑒價值。
