不銹鋼鍛造要比碳鋼或低合金鋼困難得多,這是因為不銹鋼在高溫狀態下或在鍛造時,其顯微組織在較高極限溫度仍有較高的強度。不同類型和不同成分的不銹鋼,具有不同的可鍛性和不同的鍛造負荷。
從生產角度考慮,應該在滿足鍛件尺寸及性能要求的基礎上,盡量發揮生產設備的生產率和降低燃料及設備的消耗。因此,選擇始鍛溫度和終鍛溫度就成為一個綜合性的技術問題和經濟問題。假如在較寬的溫度范圍都能獲得合格的鍛件,應該從經濟角度來選擇合理的鍛造工藝規程。很明顯,溫度愈高,鍛造就愈容易進行,生產率也就會愈高;但是燃料的消耗及加熱爐的損耗也會愈大,因此應從這兩方面考慮,進行合理的選擇。
1. 下料
直徑大于40mm的棒材多用圓盤直徑較大的盤鋸切割,較小直徑的棒材可用砂輪切割機切割。
馬氏體不銹鋼對表面缺陷十分敏感,原料表面若有劃痕等缺陷,都會在鍛造過程中擴展成裂縫。對于表面有缺陷的棒材,必須經車削剝皮或用無芯磨床磨去一層,將缺陷清除干凈后,方可進入下道工序。
一般鍛件毛坯余量由幾部分構成:①. 切削加工;②. 脫模斜度;③. 厚度;④. 收縮量;⑤. 模具磨損;⑥. 模具錯位(對中)情況。
按一般鍛件來說,其長度和寬度的標準公差為:±0.076mm/mm。這一數值適用于直徑。這個公差包括收縮、刻模和模具拋光的允許誤差。
模具磨損影響鍛件總長度和總寬度的公差。余量變化的大小取決于鍛造材料和鍛件形狀。因此,對于各種鍛造材料,模具磨損公差除了用于長、寬公差外,還被用于僅與鍛件表面有關的一些尺寸,模具磨損公差不能用于中心距尺寸。
對于所有外部尺寸,包括長、寬和外徑,模具的磨損公差可以這樣計算:以外輪廓的最長尺寸和外徑(從平行于模具的主要分型面測得)乘以表3-3中的近似系數,再加正的長、寬公差值。對于外輪廓尺寸的模具磨損公差只能用正值來表示。
對于所有內部尺寸,包括長、寬和內徑,模具的磨損公差可以由最大的內部長度或內徑乘以上述系數求得,這個數值只能用負值來表示。無論是內部還是外部尺寸,每一表面的模具磨損公差均為計算值的0.5。
一般鍛件的標準厚度公差隨鍛件的質量增加而增大。例如,一個6.8 kg的鍛件,其厚度公差為(外)+1.59mm,(內)-0.79mm;那么質量為90.72kg的鍛件,其厚度公差則為(外)+3.97mm,(內)-2.38mm。
厚度公差與模具閉合公差是兩個相同的用語,對于300系列和400系列不銹鋼,這種公差數值是不同的,如表3-4所示。從分型縱向延伸15.25cm以上的鍛件端部公差,包括了模具閉合公差以及±0.076mm/mm的長度公差。這個公差要被加到表3-3所示的數值上去,但僅僅適用于端部公差。
表3-5所列出的是不銹鋼鍛件公差與鍛件質量的配合關系。
一般鍛件毛坯加工余量所包含的內容,如圖3-5所示。
需要注意的是,為了清楚起見,圖3-5將公差和余量放大來表示。
2. 毛坯加熱
不銹鋼鍛造前加熱可用電爐,也可用火焰爐。一般生產多用火焰爐,爐內氣氛應保持中性或微氧化性。
不銹鋼的熱導率隨著溫度的增加而增大。因此,對于直徑大于100mm的手壞,均應采用兩段加熱制度:在預熱階段,保持800~850℃的爐溫以較慢的速度加熱;在加熱和均熱階段,保持較高爐溫(始鍛溫度上限),以便能迅速加熱到始鍛溫度。
對于表面質量要求較高的精密鍛件,或余量要求較少的重要鍛件,加熱前往往在毛坯表面涂一層防護涂料(玻璃潤滑劑),然后在普通加熱爐內加熱。
不銹鋼的加熱時間可以按0.3~0.5min/mm計算。
3. 鍛造
以模鍛為例,做以下說明。
模鍛之前模具應預熱至150~200℃,有時可預熱到300℃。不銹鋼模鍛可采用單型槽或多型槽模。截面形狀有劇烈變化或形狀復雜的鍛件,必須采用預制坯的工序。不銹鋼黏性大,易粘模。因此,模鍛件的質量與模鍛過程中的潤滑密切相關。每次錘擊之前,模具都必須潤滑,并要把潤滑劑涂抹均勻,以免產生表面缺陷。
在每次錘擊之后,特別是打第一錘之后,一定要注意將氧化皮吹刷干凈,一火不能鍛造成時,在預鍛后仍需清除氧化皮。
4. 切邊
各類不銹鋼最好采用熱切邊。熱切邊通常應在不低于800℃溫度下進行。冷鍛件切邊時必須預熱到900~950℃進行。沉淀硬化不銹鋼必須切邊,以免形成毛邊裂紋。對于很薄的葉片鍛件,特別是馬氏體不銹鋼鍛件,允許在退火后冷切邊。
5. 鍛后冷卻
馬氏體不銹鋼對冷卻速度特別敏感,為了防止產生裂紋,應采取緩冷措施。
一般是將鍛件在200℃左右的爐墻中或石棉保溫箱中冷卻,或者是轉入600℃爐中保溫并隨爐冷卻。
奧氏體和鐵素體不銹鋼因無相變發生,鍛后可常空冷。
6. 表面清理
不銹鋼在制坯和終鍛之間,在機械加工之前,均需將氧化皮清除干凈。酸洗和噴丸都是較好的清除方法,以鍛件先噴丸再進行酸洗效果會更好。若用滾筒去除氧化皮,則酸洗宜放在滾筒清理之后。