大型自由锻造基础知识汇编

大型自由锻造基础知识汇编内容提要:1、大型锻件质量控制举例2、世界大型自由锻和模锻液压机装备数量分布3、大型锻件质量控制举例锻压行业在国民经济生产和国防建设中的作用在国民经济生产和国防建设中，锻压行业是不可缺少的重要部分，它为各种机械产品和军工装备生产各种重要基础零件。

一台机械产品或军工装备，如汽车、火车、采矿机械、轧钢机、发电设备、石油化工设备、工程机械、农业机械、舰船、飞机、装甲车辆、导弹、火箭、火炮、弹药……等等，都是用各种材料（如金属、塑料、陶瓷、玻璃、木材、碳纤维、皮革……）进行不同的加工之后才能组装成机器设备或产品。

其中凡是负载大的受力件和传递动力的运动件，在高温、高压下工作的重要零件，都是采用金属材料经压力加工成形的锻件。

锻件的质量直接决定主机的性能、整机质量、使用寿命、安全性和可靠性。

锻件是利用金属材料的可塑性，在冷态（常温）或热态（300～1250℃）时借助锻压设备所产生的力，使金属材料变形，获得机械零件毛坯所需形状和尺寸。

锻压件分自由锻件、模锻件、挤压件、冲压件、旋压件、粉锻件、封头成形件等。

锻件广泛用于各种机械设备、军工装备和日常生活中，如果设有锻件，就设有这个多彩的世界。

在当代，凡锻造工业实力强大的国家，必然在机械工业和军工装备生产的实力都很强大。

所以在工业发达国家，都把锻件生产放在非常重要的地位，从一个国家所拥有的锻压设备数量、品种、等级和锻件产量，就可衡量其工业水平和国防实力。

一、我国锻压行业的发展历程世界上锻压件的生产历史起源何时无法考证，但从我国出土的文物考证已有4000多年的历史，早就用金、银、铜、铁、锡，采用热锻、冷锻、拉拔、旋压、锤薄等工艺制造武器、工具、日用品和工艺品。

我国的锻压工业虽然历史悠久，但真正形成我国现代锻压工业的时间，还是近50多年的事。

在1949年以前，我国仅生产少量小型机械设备，最大锻锤仅3吨，年产锻件可能数千吨。

1949年10月1日中华人民共和国成立之日，就是我国现代锻压工业发展的起点。

当回顾我国锻压工业经过50多年成长发展到现在的历程时，也经过一段艰难曲折的道路。

随着国民经济各部门的发展，我国的锻压工业经过恢复、创业和大发展，现在己拥有一个门类比较齐全，生产能力比较雄厚的锻压工业，在装备我国机械制造业和军事工业中发挥巨大的作用目前我国锻压设备品种、等级和数量，随着发展需要，在开发自制新型锻压设备的同时，还进口一些高、精、尖、大的锻压设备，在品种和数量上，作为发展中国家来说，已名列前茅，可与先进工业国相媲美。

椐不完全统计，我国现有各种锻压设备40000万台，其中1．自由锻设备总量约：34000台，其中自由锻液压机约150台，公称压力8～20MN（800～2000吨）100台，25MN～150MN（2500～15000吨）50台；在2008年还有160MN、165MN、185MN三台自由锻液压机要投产。

这些设备主要为发电（火电、水电、核电）、轧钢、采矿、石化、造船、军工等工业生产大中型自由锻件。

自由锻锤约34000台，落下部份重量150～8000㎏，现有数台10吨、12吨自由锻锤即将投产。

这些设备主要为各种机械生产中小自由锻件。

2．模锻设备总量约6000台，其中模锻锤约1300台，落下部份重量1～16吨、最大为45吨。

机械压力机约1000台，公称压力160～12000吨。

螺旋压力机约3400台，公称压力160～3150吨，最大为6300吨、8000吨、11200吨。

模锻液压机约10台，公称压力100～300MN（10000～30000吨）特种模锻设备（多工位高速锻机、摆辗机、楔横轧机、斜轧机、辊锻机、辗环机、径向锻机及其他锻造设备）约300台。

这些模锻设备为汽车、摩托车、军用装甲车、轨道车辆、工程机械、农业机械、航空、武器、手术器械、餐具等生产各种模锻件。

椐不完全统计，现在我国年产锻件约370万吨，其中：自由锻件100万吨、模锻件270万吨，产量已居世界首位。

二、当前锻件生产中存在的主要问题（1）我国锻件产量虽已进入世界生产大国。

但从设备构成、等级、技术水平和所生产的锻压件品种、精度、工艺水平与国外相比、尚有很大差距，尚需要改进提高。

因此，还不是锻件生产强国。

（2）现在我国大型自由锻件生产处于“过剩”与“短缺”的双重压力，一般性大锻件供大于求，对技术含量和质量要求很高的大型自由锻件，如百万千瓦汽轮机高中低压转子、特大支承辊、大型高温高压容器筒体等，生产能力低或不生产尚需进口。

在汽车锻件方面，现卡车用模锻件全部由我国自已生产，还接受国外订货，但轿车模锻件由于车型的知识产权不在我们手中，大部份仍需进口。

（3）锻压设备性能和辅助设施的自动化、机械化水平偏低，影响锻件产量和精度，尚需不断提高。

世界大型自由锻和模锻液压机装备数量分布在大型机械设备和重要装备中，如轧钢、电站（水电、火电、核电）、石油、化工、造船、航空、航天、重型武器等，都要采用大型自由锻件和大型模锻件，这些大锻件都是采用大型自由锻液压机和大型模锻液压机来锻造。

因此，大锻件生产在先进工业国家都放在非常重要的地位，从一个国家所拥有大型自由锻液压机和大型模锻液压机的品种、数量和等级，就可衡量其工业水平和国防实力。

世界各国大型自由锻液压机和模锻液压机拥有量见表1，因年代和资料来源等原因，会有出入，仅供参考。

大型模锻液压机是随着航空工业的需要而逐步发展起来的，早在第二次世界大战以前，德国为了发动侵略战争，为制造战斗机的需要，于1934年制造了70MN模锻液压机，1938--1944年期间又先后制造了300MN模锻液压机1台、150MN模锻液压机3台。

英国于1937年制造了120MN模锻液压机1台，其他国家都没有万吨模锻液压机。

1942年爆发二次世界大战，美国为加速生产战斗机，曾建造百余台中小型模锻液压机，但最大公称压力仅50MN。

1945年二战结束以后，美、苏两国以德国战败赔偿为由，从德国拆走了一批万吨级模锻液压机，美国拆走2台150MN模锻液压机，苏联拆走150MN及300MN模锻液压机各一台。

1950---1952年期间，美国制造了1OOMN、126MN模锻液压机各1台，英国新增第二台120MN模锻液压机。

1953年法国制造了2台200MN模锻液压机。

1955年，美国为发展飞机制造业，梅斯塔（MESTA)公司为美国铝业公司制造1台450MN模锻液压机，同时联合工程公司又为美国铝业公司制造了1台315MN模锻液压机。

就在同一年，劳威公司（LOEWY）为Wyman-Gordon公司制造了1台450MN模锻液压机和1台315MN模锻液压机。

1956年捷克斯洛伐克建造的120MN模锻液压机在SKODA厂投产。

1961~1964年苏联为发展航空和航天工业，在这期间建造了6台大型模锻液压机。

如新克拉马托重机厂（HKM3）制造2台750MN模锻液压机，分别安装在古比雪夫铝厂和上萨尔达钛厂。

乌拉尔重机厂（Y3TM）、新克拉马托重机厂、新西伯利亚重机厂又各自制造1台300MN模锻液压机。

在这期间HKM3还制造了1台150MN模锻液压机。

1961年美国喀麦隆钢铁公司1台180MN多向模锻液压机投产。

1962年中国自行设计制造300MN模锻液压机、之后又设计制造了1OOMN多向模锻液压机。

1964年德国建造的300MN模锻液压机投产。

1967年英国喀麦隆钢铁公司300MN多向模锻液压机投产。

1972年瑞典建造800MN新型钢丝缠绕结构模锻液压机。

1976年法国AD公司向苏联新克拉马托重机厂（HKM3）订购1台650MN多向模锻液压机。

全世界拥有大型模锻液压机四十多台，其中有42％在美国。

美国WymanGordon公司、俄罗斯BCMIIO公司、法国AD公司是世界上拥有模锻。

液压机公称压力最大、品种、数量最多的3个企业，其品种和规格见表3。

随着航空、航天工业的发展，各种高温合金材料和难变形材料的出现，一种热等静压技术（即等温模锻工艺）在国外开始应用。

国外等温模锻液压机的公称压力为23~72MN，是否还有大型等温模锻液压机则不详。

我国现有3台1OOMN等温模锻液压机。

等温模锻液压机主要用作铝合金、钛合金、高温合金、粉末合金等难变形材料进行热模锻和等温超塑性成形。

其锻造特点是可通过大的压力、长的保压时间、慢的变形速度来改善变形材料的致密度，用细化材料晶粒来提高锻件的综合性能，提高整个锻件的变形均匀性，使难变形材料和复杂结构锻件通过等温锻造和超塑性变形来满足设计要求，可节约材料40％。

达到机加工量少或净形目标。

等温模锻液压机是航空、航天、宇航及其他重要机械生产重要锻件的关键设备。

大型锻件质量控制举例大型锻件的质量，因其关系国计民生重大关键装备，历来倍受社会生产的关注。

1972年以来，我国以电站大锻件为核心连续开展质量攻关，制订技术政策，繁荣科技工作，发展了大型锻件的制造技术。

1982年到1988年引进日本15种铸锻件产品和热加工技术，加上重机行业的科技攻关成果，大幅度提高了大型锻件的质量。

例如，采用真空处理和炉外精炼，提高了钢水的纯净度和均质性。

研究应用了模拟技术，深化了关于锻造、热处理工艺和缺陷本质的认识，为优化工艺、开发新技术提供了科学依据。

设计和推广了一些新装备，新工艺，使得大型锻件质量、品种、等级、合格率都有明显的提高，实现了600MW火电机组大锻件国产化的进程。

大型锻造质量的进步与分析缺陷的成因，采取对策加以预防和消除，有着密切的关系。

例如，针对锻件超声波探伤不合格的缺陷，采取措施，重点提高钢水纯净度，减少非金属夹杂与有害气体含量；采用新锭型，控制浇注参数，改善钢锭纺晶结构；研究开发新的锻压技术，压实孔隙性缺陷，均匀组织结构；强化加热与冷却过程的控制，消除缺陷，提高超声波探伤的合格率。

大型锻造的质量、效率和技术经级水平的提高，是一个系统工程，必须在炼钢、锻造、热处理、粗加工和质量检查各环节，采取有效措施，同时注重加强管理。

多年来我国大型锻件生产行业经过艰苦努力，使得轧辊、转子、叶轮、护环、封头、空心件、模块、曲轴等大锻件质量提高到一个新的水平。

现以转子和护环为例介绍如下：1.转子类锻件质量控制转子是电站设备的关键件，要求在高速下安全运行，承受着复杂的高应力，技术条件要求十分严格。

然而由于影响质量的冶金因素，热力学因素难以完善地加以控制，因而缺陷较多，主要有：大块或密集性的非金属夹杂物，残余缩管、白点、疏松、裂纹和力学性能不合格等。

汽轮发电机转子锻件，在生产中多数是因为超声波探伤不合格而报废。

例如，中介绍的12MW转子锻件，在超声波探伤时发现在轴身部位有两处大于φ12mm当量的缺陷。

经X光结构分析，认为是非金属夹杂物铝硅酸盐，属于耐火材料侵蚀物。

介绍了34CrMolA钢12MW转子锻件由于成分偏析引起转子力学性能和组织不均的情况，该转子锻件的缺陷基本保留了铸锭缺陷的特征。