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0Cr18Ni9不锈钢管坯镦挤法兰工艺

作者:admin 来源:原创 日期:2017-12-27 23:35:47 人气:48

1引言

    法兰连接由于其强度可靠、密封良好和安装、维修、拆卸方便等优点,被广泛地应用于石油、化工等管道零部件之间的连接。由于这些场合还要求材料有很好的耐腐蚀性能,因此具有良好的低温和室温韧性、焊接性、耐蚀性和耐热性的奥氏体不锈钢就成为制造这类法兰的最常用材料。锻造工艺能有效改善原材料的组织,且使流线分布合理,锻件性能好,在很多重要的场合都要求必须使用锻造法兰。

    中间带大孔的高颈法兰类零件的传统锻造工艺的工步、火次多,材料利用率低,生产效率不高,且奥氏体不锈钢成形困难,将使上述问题更加突出。为此,本文提出了一种采用管坯直接镦挤法兰的新工艺,并用DEFORM-3D对其成形过程进行了热力藕合的数值模拟,结果表明该工艺完全可行。

2奥氏体不锈钢锻造的特点

    0Cr18Ni9 (AISI-304)是最常用的一种奥氏体不锈钢。

    由于0Cr18Ni9含有大量Cr, Ni等合金元素,与普通碳钢相比,其锻造工艺具有以下特点:易开裂、塑性差,需要控制变形温度和变形程度,并尽量避免在拉应力状态下变形;(2)变形抗力大,大约是普通碳钢的1. 5;(3)锻造温度范围窄,始锻温度过高,铁素体量增多,使塑性下降,同时晶粒粗化,温度太低,则有6相析出,使塑性降低,一般,始锻温度为1150-1180℃,终锻温度为850^900;(4)过程无相变.从锻造温度到室温均为单相奥氏体组织,所以不能采用热处理方法调整锻件组织和性能;(5)再结晶温度高、速度慢,容易造成再结晶晶粒、加工硬化晶粒和未完全再结晶晶粒混合的不均匀粒组织;(6)导热性差,0Cr18Ni9钢在低温区热导率约为普通碳钢的1/3需要较慢的加热速度或增加预热工序。

3传统法兰锻造工艺

    1所示是一对焊钢制管法兰零件,对这类中间带大孔的高颈法兰类零件,其传统锻造工艺主要有如下几种。

    (1)采用圆柱形坯料(或经过预成形),将中间大孔锻成连皮,然后冲孔、切边,获得最终的锻件。该方案制坯虽然省事,但锻造变形力大,可能还需要增加预锻工序,浪费材料,降低了模具寿命。

    (2)采用垫环局部徽粗一冲孔一冲子扩孔的工艺方案,其工艺过程如图2所示。该方案工序较多,需要多次加热,扩孔往往也要分几次进行;如果用空心冲子冲孔,则冲孔芯料损失较大,且冲孔扩孔时金属还会沿径向流动,最后必须增加修整的工序,生产效率低。

    (3)利用预制成的圆环形坯料直接锻造成带孔的锻件。对图1所示中间带大孔的高颈法兰零件,宜采用环形毛坯。环形毛坯在成形时,同时向内、向颈部多向流动充满型腔。该方案变形力小,材料利用率较高,不足之处足需要增加预制圆环坯料的工序,而圆环毛坯需要经过粗、冲孔、扩孔(或辗扩)等多个工序才能完成,生产效率很低。

    (4)翻挤工艺。利用墩扁的实心坯或圆环坯料翻挤成形法兰,其中圆环翻挤的工艺过程如图3所示。同(3)一样,该方案需要预制毛坯,生产效率也不高。

    (5)采用圆管局部嫩锻法兰,其工艺原理如图4所示。这种工艺虽然简单,也可以成形部分厚度和宽度满足一定比例关系的圆管法兰,但为避免变形时失稳形成折叠,管坯一次锻成形时,其自由端高度h与壁厚,的比值需满足h/t3.。的条件,由于这一条件的限制,再加上法兰颈部的厚度t(即管坯厚度)有限,该工艺难以成形宽度和厚度尺寸较大的法兰。

4管坯镦挤法兰工艺

    奥氏体不锈钢锻造成形比并通碳钢难度大,这将使上述工艺存在的问题更加突出。因此,本文提出一种利用奥氏体不锈钢管坯直接镦挤法兰的新工艺,巧妙回避了预制毛坯的问题,大大简化了生产工艺流程,可以直接成形圆管局部墩锻工艺难以成形的宽度和厚度尺寸较大的法兰类零件。与其他传统锻造工艺相比,工艺简单,材料利用率高,生产效率大幅度提高,具有很大的实用价值。

    对于图1所示的法兰零件,采用圆管直接镦挤,其工艺原理如图s所示。如果选取的坯料尺寸合适,管坯嫩粗时,金属沿径向向内、向外流动,聚料形成法兰凸缘部分.同时反挤形成法兰颈部。

    于是采用圆管直接镦挤,受圆管规格所限,很难实现型腔各部位的同时充满。为保证各部位的顺利填充,往往需要适当加大坯料尺寸,故上模采用开式结构,就是在保证型腔全部充满的前提下,允许部分多余金属从上模与芯棒部分的间隙处溢出,而不是倒流至分模面附近,全部形成飞边,这样不仅有利于使金属流线合理分布,还可适当降低成形载荷,提高模具寿命。

结论

    (1)奥氏体不锈钢塑性差、变形抗力大、锻造温度范围窄,成形难度大。

    (2)提出采用圆管直接挤法兰的新工艺,克服了传统的中间带大孔高颈类奥氏体不锈钢法兰锻造艺的不足,该工艺工序少、材料利用率高、成形载荷小,大大提高了生产效率,降低了生产成本。

    (3)采用DEFORM-3D软件模拟了奥氏体不锈钢法兰锻件镦挤过程。结果显示:合适的管坯和模具,可以实现型腔的顺利充填.温度范围合理,成形载荷小,证明工艺是可行的。

    (4)该工艺对其他类似零件成形具有一定的参考价值,在实际生产中具有应用前景。