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自由鍛造有兩個基本任務:1.使鍛件經濟地獲得所需的形狀;2.使鍛件具有良好的內部質量。一般中小型鍛件的鍛造以成形為主;大型鍛件(尤其是重要鍛件)和特殊鋼的鍛造以改善內部質量為主。
鑄錠(帶有許多在澆注、凝固過程中形成的冶金缺陷)經過鍛造后:1.在足夠的變形程度下,可將鑄錠中的粗大的鑄造組織打碎,分散其非金屬夾雜及異相質點;2.在正確選擇變形方案的條件下,可使鍛件的金屬纖維在其截面上有正確的分布;3.在較好的應力狀態和一定的變形量下,可鍛合其內部缺陷,提高金屬的致密性;這反映在最后的結果上,大大提高了金屬的機械性能(尤其是韌塑性指標)和綜合的使用性能。
近幾十年以來,隨著電力(火電、水電、核電)工業、石化工業、冶金工業、造船工業等的迅猛發展,發電機轉子、汽輪機轉子、工作輥、支承輥、壓力容器、管板等越做越大,質量要求越來越高。隨著無損檢測技術的不斷完善,對鍛件內部致密性的探測愈益精微。比如300MW汽輪機轉子UT要求單個缺陷不超過φ1.6等;管板的UT要求分三個方面:單個缺陷、密集區面積百分比和底波衰減量,過去管板鍛件UT合格率一般只能達60%左右。
如果說一般大型鍛件對鍛造加工的要求更多地著眼于以上的①②兩點的話,那么對于這些高要求的鍛件,比如大型發電機、汽輪機轉子,蒸發器管板等來說,第③點的要求則是研究的重心。為此,包括我公司的工程技術人員在內,世界的鍛造行業一直在努力開發各種特殊的鍛造方法,來作到“將鍛件的每一個立方厘米鍛透”。為了達到破碎鋼錠的鑄態組織、鍛合鋼錠內部的疏松、孔穴等缺陷的目的,必須具備以下的基本條件:有足夠大的變形程度或局部鍛比;缺陷周圍為靜水壓(三向壓應力)狀態;高的鍛造溫度和一定的保壓時間;疏松、孔穴的表面未被氧化。當然,為了提高鍛件的綜合力學性能,同時還需要采用其它適當的鍛造方法。