WHF法、两次JTS法和一次V 形砧压实的锻造 工艺。
就上述工艺实例而言，有一个极为重要的问题需要澄清，即前道工序对消除冶金缺陷的积极作用是否会被后续工序抵消，甚至产生新的锻造缺陷。如果工艺参数选择不当：在随后的镦粗工序中，若径比大于1，在缺陷较多的工件中心部位，会产生径向和切向拉应力；在随后的拔长工序中，若料宽比小于1，会在拔长部位产生横向拉伸应力。这些拉伸应力有可能将上道工序已锻合缺陷(但未被焊合者)重新拉开。
1.2 锻造的阶段性作用
解决上述问题的关键，是要明确锻造的各工 序欲达到的目的和实际工艺所能起到的作用。
按照对转子锻件所起的作用而言，可把锻造 分为三个阶段：第一阶段以彻底破碎铸造组织为主，主要目的是使锻件达到所要求的力学性能(特别是n 值)。这个阶段要用1～ 2次镦粗加拔长或拔长加镦粗来实现；第二阶段彻底锻合内部孔隙性缺陷，严防内部萌生新裂纹，以满足超声波探伤的技术要求为主要目标；第三阶段用控制热力学参数的锻造方法来解决转子中的混晶问题。为了满足转子的质量要求，第二阶段必须兼有第一阶段的作用，第三阶段也应具有第二阶段的功效。
1.3 转子锻件锻造的关键技术
为了实现汽轮机转子锻件成形过程中锻造的 阶段性作用，必须保证在锻造变形的每一瞬时，工件内部不出现拉应力。为此，需要应用新的锻造工艺理论与技术对各锻造工序进行优化与组合，使各阶段的变形机制和功能得到最佳配合。其要点如下：
(1)在以打碎铸造组织为主的第一阶段，可采用锥形板镦粗加新FM 法(同时用料宽比和砧宽比控制毛坯变形区中心不出现拉应力，上用普通平砧、下用大平台的锻造方法)或LZ锻造法(同时用料宽比和砧宽比控制毛坯变形区中心不出现拉应力的拔长工艺)拔长。
(2)焊合内部孔隙为主的形变阶段应在一次 拔长中完成。拔长可采用新FM 锻造法或LZ锻造法进行，中间可加JTS法，但不允许JTS压实后再有平板镦粗变形。
(3)拔长方法应先选LZ锻造法，如砧宽比 小，不能满足要求，则改选新FM 锻造法。不论是选用LZ锻造法还是应用新FM 锻造法，都应严格控制砧宽比W／H、料宽比B／H 和压下率aH／H 的合理匹配Ⅲ 。在300MW 及以上的汽轮机低压转子锻件锻造工艺中可选用JTS锻造工艺。
(4)在主要变形阶段，始锻温度应达到1250 ～1270℃ ，并保证足够的保温时间，以便于偏析扩散，保证坯料温度均匀。
(5)方形截面毛坯变形成圆形截面毛坯，允许 用平砧压成八面体外，其余成形过程都可采用上下V形砧完成。
(6)消除混晶的控制锻造，可采用高温停锻或 低温停锻工艺。
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大型饼类锻件锻造的关键技术
最典型的饼类锻件有管板、平盖、封头等，其尺寸特征是高径比H／D<1。饼类锻件一般以镦粗为主要工序锻制而成，要求质量很高，生产难度要比轴类锻件更大，工艺不当，就会使锻件报废。在实际生产中，这类锻件的镦粗变形量虽然很大，但仍会出现横向型内裂层缺陷，其原因不能用古典的塑性力学理论解释。
2.1 大型饼类锻件常规生产的成形分析
大型饼类锻件常规锻造的工艺方案见图1。
(1)倒棱(拔长)：变形量小，内部组织不能得 到很好改善。
(2)平板镦粗(高径比H／D 在1～2之间)： H／D>1时，锻件中心(难变形区除外)存在径向和切向拉应力，只有当镦粗毛坯高径比H／D 达到1时，其中心才呈三向压缩应力状态。难变形区基本不变形，保持倒棱(拔长)后的内部组织。
(3)继续镦粗变形到成品尺寸，通常有如下两 种工艺方案：① 压机能力允许的情况下，用上下平板继续镦粗至成品。此过程中，在毛坯(H／D<1)中心对称面附近，剪切变形激烈，且随变形体高径比的降低而加剧。如果毛坯材料没有得到一定的预变形，材料的夹杂、偏析又比较严重，在剪切变形激烈部位会引起严重的剪切裂纹。② 用上下平板继续镦粗变形，压机压力不够。在此情况
下，只能用局部镦粗来完成。在进行局部镦粗的 过程中，缺乏具体的工艺规范来控制不利的变形机制，更容易在不合理的工艺条件下变形而产生内部缺陷。
2.2 大型饼类锻件锻造的关键技术
针对现行常规工艺的不足，根据锻造领域最 新理论和技术成果，本文提出了大型饼类锻件锻造的关键技术，其要点如下：
2.2.1 锥形板镦粗+ 局部压平的新工艺
钢锭倒棱、预拔长下料，再经加热后用上下锥 形粗板镦粗。此工艺可用于电炉冶炼、真空浇注或大气浇注的钢锭，可保证内部为三向压缩应力状态，能迫使平板镦粗时出现的刚性区变形(H／D>1)，以及消除(H／D< 1)或降低(H／D≤1)平板镦粗体内静水应力区的剪切变形强度，使整体变形均匀。这对锻合毛坯内部的空洞缺陷、改善毛坯内部金属的组织与性能、防止内部新缺陷(裂纹或夹杂性裂纹)的产生具有良好的效果。此工艺经生产证明是生产饼类锻件的最佳工艺。
具体操作有如下两种方法：
(1)下料使原始高径比H。/D。≈ 1.6；加热后 立料于平板上，用锥形镦粗板压凹；翻转180°，立放在锥形镦粗板上，上面再置放锥形板，镦粗变形到适当高度；然后在平板上用局部变形辗平一面，翻转180°再辗平另一面。
(2)下料使原始高径比H。/D。≤2；加热后立料于平板上，上置锥形镦粗板，在液压机上镦粗变形到一定高度，取下锥形镦粗板，用局部变形方法辗平；翻转180°，立料于平板，上面再搁置锥形板，镦粗变形到一定高度，取下锥形镦粗板，再用局部变形方法辗平。
2.2.2平板整体镦粗圆柱体+ 方砧局部镦粗的工艺
如果缺乏上述工艺方案的工具条件，则在冶 金条件良好时，可采用本工艺。具体过程如下：钢锭经倒棱、预拔长变形(拔长比不小于2)后下料；坯料加热后在平板间进行镦粗，镦粗变形量应达到60% ；再用小方砧进行局部镦粗，先压外围，最后压中心，第一次局部镦粗时小方砧的边长A与工件高度(或厚度)H 之比A ／H 应在0.85～1.20的范围内，随着毛坯高度的降低，再次局
部镦粗时，要选用尺寸小一些的方砧，以保证其边 长A与工件高度H之比仍保持在0.85～1.20的范围内，第三次或第四次局部变形仍需满足此关系；最后压中心部位时，中心凸起处的横向尺寸D。与其高度H。之比D。／H。还在0.85～1.20范围内。
用小方砧进行局部镦粗有两种方法：一是上 下都用小砧，对称同压；二是用小砧进行局部变形压一面，后翻转180°压另一面(注意压另一面时，毛坯高度已减小)。
在小方砧不具备的条件下，可用平砧代替，但 要严格控制压料尺寸。
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大型板类锻件锻造的关键技术
大型板类锻件的尺寸如用L(长)×B(宽)×H(高)来表示，其特征为L／B≥1，B／H≥ 1.3，且H≥ 300mm。
3.1 板块锻件锻造的常规工艺分析
大型板块的普通锻造工艺过程为：钢锭镦粗 (或倒棱、镦粗)后用上下平砧拔长来完成其主要变形阶段。由于模块的尺寸特征，在模块宽度方向压下时，满足不了不产生轴向拉应力的砧宽比(W／H≥0.85)和不产生横向拉应力的料宽比(B／H 在0.85～1.18之间)的条件，这样，在锻造过程中，工件内部就不可避免地存在双向拉伸应力，在晶界或有冶金缺陷的部位形成裂纹源。
压完一趟后再翻转90 °从模块高度方向压下时， 料宽比B／H会远远大于1，若砧宽比再控制不当，就有可能在变形区的水平对称面附近产生很大的剪切应力而萌生出层状横向裂纹源。前次出现的纵向裂纹和翻转90°后萌生的层状横向裂纹，都在毛坯内部的同一位置同一方向。这样，反复变形的结果使得裂纹源扩展为裂纹缺陷。因此采用常规工艺锻造板块，产品合格率通常只有
50%～60%。
3.2 大型板类锻件锻造的关键技术
(1)无横向拉应力锻造法在设备能力许可 的条件下，可以采用无横向拉应力锻造法。只需满足砧宽比w／H> 0.85，便可使锻件中心部位处于三向压缩应力状态，排除萌生裂纹源的变形机制，保证模块锻件的质量。
(2)新FM 锻造法在设备能力不够的条件 下，可以采用新FM 锻造法。用新FM 锻造法锻造时，只要满足砧宽比W／H≥ 0.4，就可防止工件中心出现轴向拉应力。这个工艺参数在沿模块宽度B的方向压下时，是容易满足的。而此时料宽比参数B／H 小于1，有可能会引起拉应力，但其大小可通过压下率来控制；压下率不宜过大，分2次完成，即压完一趟翻转180°后再压第二趟。
在随后沿高度H(翻转90 °)方向压下时，料宽 比B／H 一定大于1，不会产生横向拉应力。只要对砧宽比参数严加控制，使单面压下率在11%的范围内，便可避免在变形区的中心对称面附近产生剧烈的剪切变形，从而防止层状横向裂纹萌生。
来源：中国机械工程第15卷第22期
作者：燕山大学机械工程学院锻压研究所，刘国晖
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