橢圓形封頭的壓力變形加工工藝

　　橢圓形封頭壓力變形加工泛指利用外力使金屬發(fā)生塑性變形而形成產(chǎn)品或產(chǎn)品毛坯的一種加工方法，它包括的方式主要有軋制、擠壓、拉拔、鍛造和板料沖壓等。壓力變形加工是壓力管道及其元件制造的主要加工方式，例如無縫鋼管的軋制生產(chǎn)、三通和大小頭的擠壓成形、螺栓和螺柱的拉拔、小口徑管件和法蘭的鍛制、橢圓形封頭和鋼板焊制管件的沖壓等，采用都是的壓力變形加工方法。

　　橢圓形封頭壓力變形加工與鑄造相比，具有下列 的優(yōu)點(diǎn)：

　　a、可以消除鑄錠中的某些鑄造缺陷。例如它可使原鑄錠中的氣孔和疏松焊合或變成發(fā)紋，可使原來的柱狀晶粒和粗大等軸晶粒破碎而變成細(xì)晶粒，可使原來的大尺寸非金屬夾雜物和偏析破碎而形成纖維狀組織等。因此它的 性較高;

　　b、通過拉、壓等壓力加工，得到的材料組織嚴(yán)密，并由于發(fā)生再結(jié)晶而使得材料的晶粒細(xì)化，因此橢圓形封頭材料具有較好的綜合機(jī)械性能;

　　c、生產(chǎn)工序短，生產(chǎn)效率高。例如連續(xù)軋制的鋼管生產(chǎn)、采用模型鍛造的生產(chǎn)都具有很高的生產(chǎn)效率。

　　橢圓形封頭熱模鍛鍛造加工方法的工藝原則流程如圖9-5所示。111111

　　1、原材料檢驗(yàn)

　　檢驗(yàn)內(nèi)容主要有：橢圓形封頭材料化學(xué)成分、內(nèi)部裂紋、內(nèi)部大面積或大尺寸非金屬夾雜物、表面缺陷及氧化物等。

　　如果材料的化學(xué)成分不符合標(biāo)準(zhǔn)要求是不能進(jìn)到下道工序的，因?yàn)楹罄m(xù)的工序沒有可改變材料化學(xué)成分的機(jī)會(huì)。在這里還應(yīng)注意，一些材料標(biāo)準(zhǔn)(如GB699、GB3077等)分壓力加工用鋼和切削加工用鋼兩類，二者的質(zhì)量控制指標(biāo)不同，故此時(shí)應(yīng)明確選用壓力加工用鋼。

　　無論是外部裂紋還是內(nèi)部裂紋，鍛造過程是不可能使其焊合的，相反會(huì)擴(kuò)大裂紋的尺寸，故鍛造橢圓形封頭坯料是不允許有內(nèi)外裂紋存在的。裂紋的檢查可用無損探傷(如UT、MT、PT)進(jìn)行。

　　大面積和大尺寸非金屬夾雜物或嚴(yán)重的偏析會(huì)導(dǎo)致鍛造過程中的熱脆發(fā)紋，也極容易誘導(dǎo)裂紋的產(chǎn)生，故對這類原始缺陷應(yīng)加以控制，控制指標(biāo)可按材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或通過鍛制工藝評定確定。

　　橢圓形封頭原材料的表面缺陷是影響鍛件毛坯表面質(zhì)量的主要因素之一，也是導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生的主要因素之一，因此這些表面缺陷(如裂紋、結(jié)疤、劃痕、氧化物等)在鍛造之前必須去除。

　　2、下料

　　下料毛坯的大小對產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)帶來影響。毛坯太大時(shí)，不僅浪費(fèi)金屬，也容易造成上、下模接合誤差大，使得產(chǎn)品外形誤差大(例如由圓形變成橢圓形)，同時(shí)也給切邊造成一定的困難。毛坯尺寸較小時(shí)，容易造成充模不足，而這種缺陷是不允許的。因此說，下料毛坯的大小應(yīng)根據(jù) 終的產(chǎn)品要求進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，或經(jīng)工藝評定進(jìn)行確定。

　　3、下料毛的加熱

　　加熱溫度和加熱時(shí)間是鍛造工藝中的一個(gè)重要控制指標(biāo)。

　　加熱的方式比較多，但目前普遍認(rèn)為比較好、設(shè)備投資又不太高的加熱方法是中頻加熱。中頻加熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　a、加熱速度快。加熱速度快可以減少氧化物的生成量，減少金屬材料的浪費(fèi)。

　　b、溫度容易控制。加熱溫度是影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的一個(gè)重要因素，如果加熱溫度較低，金屬流動(dòng)性差，容易鍛裂;如果加熱溫度過高或時(shí)間過長，容易造成產(chǎn)品的過熱、過燒·等問題、橢圓形封頭尤其是一旦出現(xiàn)過燒，將無法彌補(bǔ)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。

　　注：橢圓形封頭金屬的過熱是指金屬在高溫長時(shí)間作用下而發(fā)生的奧氏體晶粒粗大現(xiàn)象;

　　·金屬的過燒是指金屬由于遭受的溫度過高，使晶粒間低熔點(diǎn)的夾雜物熔化，從而造成環(huán)境中的氧化性氣體侵

　　入晶界，使晶界氧化而破壞了晶粒間結(jié)合的一種現(xiàn)象。檢查是否有魏氏組織是判斷金屬是否過燒的一個(gè)重要

　　標(biāo)志。

　　4、除氧化皮及預(yù)鍛

　　鍛坯出爐后，橢圓形封頭外表面將附有一層厚厚的疏松氧化皮，故首先應(yīng)快速除去氧化皮。如果不將氧化皮除去，將會(huì)嚴(yán)重影響到模鍛成型時(shí)的產(chǎn)品外觀質(zhì)量。如果僅僅是為了脫除氧化皮，可用的方法有很多，如高壓蒸汽或高壓水沖洗方法等是較為常用的方法。但一些制造廠則將除氧化皮與預(yù)鍛結(jié)合在一起會(huì)起到一舉雙得的效果。模鍛時(shí)各部分變形是不均勻的，如果采用預(yù)鍛，既可除去氧化皮，又可使毛坯進(jìn)行較大的預(yù)變形，從而使鍛件的鍛造比達(dá)到預(yù)期要求。

　　5、鍛造

　　鍛造過程要控制的主要參數(shù)是始鍛溫度和終鍛溫度。始鍛溫度較高時(shí)，金屬流動(dòng)性好，充模效果好，所用鍛壓機(jī)械的功率要求也較小。但它不能超過過熱溫度，而且溫度太高時(shí)表面質(zhì)量不好。始鍛溫度越低，獲得的橢圓形封頭鍛件外觀質(zhì)量越好，晶粒越細(xì)。但始鍛溫度低于再結(jié)晶溫度時(shí)，容易出現(xiàn)加工硬化和鍛裂現(xiàn)象，故始鍛溫度一般應(yīng)控制在再結(jié)晶溫度以上， 是在A1以上。對于模鍛方法，一般情況下為一次成形，故其終鍛溫度都較高。

　　橢圓形封頭鍛造前必須準(zhǔn)備好鍛模。鍛模的質(zhì)量也是影響產(chǎn)品質(zhì)量尤其是外觀質(zhì)量的一個(gè)重要因素，設(shè)計(jì)合理的鍛模和保持良好的鍛模是獲得較好產(chǎn)品質(zhì)量的前提。鍛模在投入鍛造前，一般要經(jīng)過預(yù)熱，以減少模、坯之間的溫差，避免由此可能導(dǎo)致的鍛件開裂。

　　6、切邊

　　切邊宜在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行，既可保證切邊后切邊部分的表面質(zhì)量，又不致于損傷鍛件。一般都是在橢圓形封頭鍛造成形之后立即進(jìn)行，否則須重新加熱。

　　7、熱處理

　　當(dāng)終鍛溫度較低時(shí)，橢圓形封頭鍛件內(nèi)將會(huì)存在本章 節(jié)所述的壓力變形加工缺陷，如晶格畸變、殘余應(yīng)力等。即使在再結(jié)晶溫度以上完成終鍛，對于淬硬性較強(qiáng)的材料也會(huì)因再結(jié)晶時(shí)間不夠而殘余一些壓力變形加工缺陷，故在一定條件下對鍛件進(jìn)行熱處理是必要的。

　　目前，各材料標(biāo)準(zhǔn)中對鍛后熱處理的要求不完全一致，但普遍認(rèn)為較合理的熱處理制度是這樣的：

　　a、對低碳鋼來說，由于其淬硬性較低，當(dāng)它的終鍛溫度不低于A1(723℃)時(shí)，可以不再進(jìn)行熱處理，此時(shí)它的 終組織基本上為正火組織;

　　b、對于低合金鋼來說，由于其淬硬性比低碳鋼高，而且這類鋼在工程上常用于較重要場合，故常常在鍛后進(jìn)行正火處理，以 消除殘余的加工變形缺陷;

　　c、對鉻、鉬合金鋼來說，由于其淬硬性較強(qiáng)，容易出現(xiàn)較嚴(yán)重的橢圓形封頭壓力變形加工缺陷和殘留一些殘余奧氏體，進(jìn)而使 終的組織中出現(xiàn)馬氏體。故對這類材料常常在鍛后進(jìn)行正火+高溫回火熱處理。當(dāng)用戶和制造商協(xié)商同意后，也可進(jìn)行淬火+高溫回火熱處理;

　　d、對于奧氏體不銹鋼，鍛后常進(jìn)行固溶熱處理;對于穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，當(dāng)用戶有要求時(shí)，尚可進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理。

　　8、表面清理

　　表面清理既是為下一步的檢驗(yàn)作準(zhǔn)備，又是橢圓形封頭鍛件 終“臉面”的體現(xiàn)。目前，表面清理方法用的 多的是拋丸或噴砂處理，雖然它比手工除銹費(fèi)用高，但除銹 ，外觀漂亮。

　　9、檢驗(yàn)

　　檢驗(yàn)的內(nèi)容主要包括外觀肉眼觀查、橢圓形封頭尺寸檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)、無損探傷、宏觀組織檢驗(yàn)、微觀組織檢驗(yàn)、晶間腐蝕試驗(yàn)、爆破試驗(yàn)等。

　　a、外觀肉眼檢查

　　主要檢查氧化皮、過燒、結(jié)疤、折疊、重皮、劃痕、凹坑、微裂紋等表面缺陷。橢圓形封頭根據(jù)這些缺陷對鍛件影響性質(zhì)的不同，可以將它們分為四類，并分別加以控制。 類為氧化皮、結(jié)疤、折疊、重皮之類的缺陷。這類缺陷基本上屬于制造過程中的偶然行為所致，而且對鍛件的內(nèi)在質(zhì)量影響不大，故只要給于研磨清除即可，清除的深度不得侵入鍛件的 小壁厚;第二類為凹坑、劃痕或機(jī)械碰傷之類的缺陷。這類缺陷清晰、規(guī)則，且不影響鍛件的內(nèi)在質(zhì)量，故處理方法同前一類;第三類為過燒。對于這類缺陷的出現(xiàn)要借助于其它檢驗(yàn)手段來評定其影響，例如進(jìn)行宏觀侵蝕試驗(yàn)以檢查其金相組織，借助于沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)它對材料韌性的影響，而不能簡單的清除了之。同時(shí)還要核對加熱參數(shù)，以從工藝上避免此類缺陷的出現(xiàn);第四類為微裂紋和白點(diǎn)之類的缺陷。出現(xiàn)這類缺陷也不能簡單清除了之，要首先分析清楚產(chǎn)生的原因。例如，橢圓形封頭原材料表面不清浩或模具拐彎處不合理、或原材料表面有原始裂紋等都會(huì)造成表面裂紋，此時(shí)一般不會(huì)觸及內(nèi)傷，即內(nèi)部不一定出現(xiàn)裂紋。如果終鍛溫度較低，或原材料中有大量的偏析和非金屬夾雜物，或者加熱速度過快，或者對淬硬性較強(qiáng)的材料冷卻速度較快等，也會(huì)引起表面裂紋，但同時(shí)還將預(yù)示著其內(nèi)部也可能存在裂紋。對于后一種情況，要查清原因，以便采取措施或改變加工工藝參數(shù)以避免此類缺陷的再次發(fā)生。此類缺陷出現(xiàn)在表面時(shí)便于查到，也容易清除，一旦出現(xiàn)在內(nèi)部，將嚴(yán)重影響鍛件的內(nèi)在質(zhì)量。目前，白點(diǎn)的出現(xiàn)已越來越少，這主要是得益于冶煉過程中的脫氫技術(shù)提高。

　　b、尺寸檢查

　　尺寸檢查也要逐件進(jìn)行，看它是否符合圖紙或標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　c、機(jī)械性能試驗(yàn)

　　橢圓形封頭包括的主要項(xiàng)目有：拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和硬度檢查，檢查方法見本章第二節(jié)所述，檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的要求。一般情況下，沖擊試驗(yàn)在用戶有要求時(shí)才做。硬度試驗(yàn)一般為抽檢，抽查的規(guī)則在一些材料標(biāo)準(zhǔn)中都有具體規(guī)定。

　　d、無損探傷

　　橢圓形封頭常用的無損探傷方法有超聲波檢查、磁粉檢查和液體滲透檢查。其中，超聲波檢查一般為附加檢驗(yàn)項(xiàng)目，當(dāng)用戶沒有要求時(shí)，一般不進(jìn)行超聲波檢查。跟鑄件一樣， 終無損探傷并不是目的，只是檢驗(yàn)手段，如果不是逐件檢查，鍛件的質(zhì)量 主要依靠制造工藝來保證。所以，完善的工藝評定，正確的制造工藝才是保證產(chǎn)品質(zhì)量的根本所在。

　　e、宏觀組織檢驗(yàn)和微觀組織檢驗(yàn)

　　通常它們也都是用于工藝評定檢驗(yàn)，正常生產(chǎn)過程則很少做，只有當(dāng)用戶提出要求時(shí)才做。

　　f、晶間腐蝕試驗(yàn)

　　對于奧氏體不銹鋼材料，一般都要進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。

　　g、爆破試驗(yàn)

　　作為型式試驗(yàn)的一種，一般在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)才做，并納入工藝評定記錄。

　　10、標(biāo)記入庫

　　當(dāng)采用打鋼印進(jìn)行標(biāo)記時(shí)，應(yīng)考慮它可能給產(chǎn)品的應(yīng)用帶來的不利影響。美國腐蝕學(xué)會(huì)的NACE 175標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品用于有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境時(shí)，鋼印標(biāo)記應(yīng)采用園角形的鋼印，以防止產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致橢圓形封頭對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感。