椭圆形封头的压力变形加工工艺

　　椭圆形封头压力变形加工泛指利用外力使金属发生塑性变形而形成产品或产品毛坯的一种加工方法，它包括的方式主要有轧制、挤压、拉拔、锻造和板料冲压等。压力变形加工是压力管道及其元件制造的主要加工方式，例如无缝钢管的轧制生产、三通和大小头的挤压成形、螺栓和螺柱的拉拔、小口径管件和法兰的锻制、椭圆形封头和钢板焊制管件的冲压等，采用都是的压力变形加工方法。

　　椭圆形封头压力变形加工与铸造相比，具有下列 的优点：

　　a、可以消除铸锭中的某些铸造缺陷。例如它可使原铸锭中的气孔和疏松焊合或变成发纹，可使原来的柱状晶粒和粗大等轴晶粒破碎而变成细晶粒，可使原来的大尺寸非金属夹杂物和偏析破碎而形成纤维状组织等。因此它的 性较高;

　　b、通过拉、压等压力加工，得到的材料组织严密，并由于发生再结晶而使得材料的晶粒细化，因此椭圆形封头材料具有较好的综合机械性能;

　　c、生产工序短，生产效率高。例如连续轧制的钢管生产、采用模型锻造的生产都具有很高的生产效率。

　　椭圆形封头热模锻锻造加工方法的工艺原则流程如图9-5所示。111111

　　1、原材料检验

　　检验内容主要有：椭圆形封头材料化学成分、内部裂纹、内部大面积或大尺寸非金属夹杂物、表面缺陷及氧化物等。

　　如果材料的化学成分不符合标准要求是不能进到下道工序的，因为后续的工序没有可改变材料化学成分的机会。在这里还应注意，一些材料标准(如GB699、GB3077等)分压力加工用钢和切削加工用钢两类，二者的质量控制指标不同，故此时应明确选用压力加工用钢。

　　无论是外部裂纹还是内部裂纹，锻造过程是不可能使其焊合的，相反会扩大裂纹的尺寸，故锻造椭圆形封头坯料是不允许有内外裂纹存在的。裂纹的检查可用无损探伤(如UT、MT、PT)进行。

　　大面积和大尺寸非金属夹杂物或严重的偏析会导致锻造过程中的热脆发纹，也极容易诱导裂纹的产生，故对这类原始缺陷应加以控制，控制指标可按材料标准规定或通过锻制工艺评定确定。

　　椭圆形封头原材料的表面缺陷是影响锻件毛坯表面质量的主要因素之一，也是导致表面裂纹产生的主要因素之一，因此这些表面缺陷(如裂纹、结疤、划痕、氧化物等)在锻造之前必须去除。

　　2、下料

　　下料毛坯的大小对产品质量也会带来影响。毛坯太大时，不仅浪费金属，也容易造成上、下模接合误差大，使得产品外形误差大(例如由圆形变成椭圆形)，同时也给切边造成一定的困难。毛坯尺寸较小时，容易造成充模不足，而这种缺陷是不允许的。因此说，下料毛坯的大小应根据 终的产品要求进行详细计算，或经工艺评定进行确定。

　　3、下料毛的加热

　　加热温度和加热时间是锻造工艺中的一个重要控制指标。

　　加热的方式比较多，但目前普遍认为比较好、设备投资又不太高的加热方法是中频加热。中频加热具有以下优点：

　　a、加热速度快。加热速度快可以减少氧化物的生成量，减少金属材料的浪费。

　　b、温度容易控制。加热温度是影响产品内在质量的一个重要因素，如果加热温度较低，金属流动性差，容易锻裂;如果加热温度过高或时间过长，容易造成产品的过热、过烧·等问题、椭圆形封头尤其是一旦出现过烧，将无法弥补，从而导致产品的报废。

　　注：椭圆形封头金属的过热是指金属在高温长时间作用下而发生的奥氏体晶粒粗大现象;

　　·金属的过烧是指金属由于遭受的温度过高，使晶粒间低熔点的夹杂物熔化，从而造成环境中的氧化性气体侵

　　入晶界，使晶界氧化而破坏了晶粒间结合的一种现象。检查是否有魏氏组织是判断金属是否过烧的一个重要

　　标志。

　　4、除氧化皮及预锻

　　锻坯出炉后，椭圆形封头外表面将附有一层厚厚的疏松氧化皮，故首先应快速除去氧化皮。如果不将氧化皮除去，将会严重影响到模锻成型时的产品外观质量。如果仅仅是为了脱除氧化皮，可用的方法有很多，如高压蒸汽或高压水冲洗方法等是较为常用的方法。但一些制造厂则将除氧化皮与预锻结合在一起会起到一举双得的效果。模锻时各部分变形是不均匀的，如果采用预锻，既可除去氧化皮，又可使毛坯进行较大的预变形，从而使锻件的锻造比达到预期要求。

　　5、锻造

　　锻造过程要控制的主要参数是始锻温度和终锻温度。始锻温度较高时，金属流动性好，充模效果好，所用锻压机械的功率要求也较小。但它不能超过过热温度，而且温度太高时表面质量不好。始锻温度越低，获得的椭圆形封头锻件外观质量越好，晶粒越细。但始锻温度低于再结晶温度时，容易出现加工硬化和锻裂现象，故始锻温度一般应控制在再结晶温度以上， 是在A1以上。对于模锻方法，一般情况下为一次成形，故其终锻温度都较高。

　　椭圆形封头锻造前必须准备好锻模。锻模的质量也是影响产品质量尤其是外观质量的一个重要因素，设计合理的锻模和保持良好的锻模是获得较好产品质量的前提。锻模在投入锻造前，一般要经过预热，以减少模、坯之间的温差，避免由此可能导致的锻件开裂。

　　6、切边

　　切边宜在再结晶温度以上进行，既可保证切边后切边部分的表面质量，又不致于损伤锻件。一般都是在椭圆形封头锻造成形之后立即进行，否则须重新加热。

　　7、热处理

　　当终锻温度较低时，椭圆形封头锻件内将会存在本章 节所述的压力变形加工缺陷，如晶格畸变、残余应力等。即使在再结晶温度以上完成终锻，对于淬硬性较强的材料也会因再结晶时间不够而残余一些压力变形加工缺陷，故在一定条件下对锻件进行热处理是必要的。

　　目前，各材料标准中对锻后热处理的要求不完全一致，但普遍认为较合理的热处理制度是这样的：

　　a、对低碳钢来说，由于其淬硬性较低，当它的终锻温度不低于A1(723℃)时，可以不再进行热处理，此时它的 终组织基本上为正火组织;

　　b、对于低合金钢来说，由于其淬硬性比低碳钢高，而且这类钢在工程上常用于较重要场合，故常常在锻后进行正火处理，以 消除残余的加工变形缺陷;

　　c、对铬、钼合金钢来说，由于其淬硬性较强，容易出现较严重的椭圆形封头压力变形加工缺陷和残留一些残余奥氏体，进而使 终的组织中出现马氏体。故对这类材料常常在锻后进行正火+高温回火热处理。当用户和制造商协商同意后，也可进行淬火+高温回火热处理;

　　d、对于奥氏体不锈钢，锻后常进行固溶热处理;对于稳定化奥氏体不锈钢，当用户有要求时，尚可进行稳定化热处理。

　　8、表面清理

　　表面清理既是为下一步的检验作准备，又是椭圆形封头锻件 终“脸面”的体现。目前，表面清理方法用的 多的是抛丸或喷砂处理，虽然它比手工除锈费用高，但除锈 ，外观漂亮。

　　9、检验

　　检验的内容主要包括外观肉眼观查、椭圆形封头尺寸检验、结构性能试验、无损探伤、宏观组织检验、微观组织检验、晶间腐蚀试验、爆破试验等。

　　a、外观肉眼检查

　　主要检查氧化皮、过烧、结疤、折叠、重皮、划痕、凹坑、微裂纹等表面缺陷。椭圆形封头根据这些缺陷对锻件影响性质的不同，可以将它们分为四类，并分别加以控制。 类为氧化皮、结疤、折叠、重皮之类的缺陷。这类缺陷基本上属于制造过程中的偶然行为所致，而且对锻件的内在质量影响不大，故只要给于研磨清除即可，清除的深度不得侵入锻件的 小壁厚;第二类为凹坑、划痕或机械碰伤之类的缺陷。这类缺陷清晰、规则，且不影响锻件的内在质量，故处理方法同前一类;第三类为过烧。对于这类缺陷的出现要借助于其它检验手段来评定其影响，例如进行宏观侵蚀试验以检查其金相组织，借助于冲击试验来检验它对材料韧性的影响，而不能简单的清除了之。同时还要核对加热参数，以从工艺上避免此类缺陷的出现;第四类为微裂纹和白点之类的缺陷。出现这类缺陷也不能简单清除了之，要首先分析清楚产生的原因。例如，椭圆形封头原材料表面不清浩或模具拐弯处不合理、或原材料表面有原始裂纹等都会造成表面裂纹，此时一般不会触及内伤，即内部不一定出现裂纹。如果终锻温度较低，或原材料中有大量的偏析和非金属夹杂物，或者加热速度过快，或者对淬硬性较强的材料冷却速度较快等，也会引起表面裂纹，但同时还将预示着其内部也可能存在裂纹。对于后一种情况，要查清原因，以便采取措施或改变加工工艺参数以避免此类缺陷的再次发生。此类缺陷出现在表面时便于查到，也容易清除，一旦出现在内部，将严重影响锻件的内在质量。目前，白点的出现已越来越少，这主要是得益于冶炼过程中的脱氢技术提高。

　　b、尺寸检查

　　尺寸检查也要逐件进行，看它是否符合图纸或标准的要求。

　　c、机械性能试验

　　椭圆形封头包括的主要项目有：拉伸试验、冲击试验和硬度检查，检查方法见本章第二节所述，检验结果应符合相应材料标准的要求。一般情况下，冲击试验在用户有要求时才做。硬度试验一般为抽检，抽查的规则在一些材料标准中都有具体规定。

　　d、无损探伤

　　椭圆形封头常用的无损探伤方法有超声波检查、磁粉检查和液体渗透检查。其中，超声波检查一般为附加检验项目，当用户没有要求时，一般不进行超声波检查。跟铸件一样， 终无损探伤并不是目的，只是检验手段，如果不是逐件检查，锻件的质量 主要依靠制造工艺来保证。所以，完善的工艺评定，正确的制造工艺才是保证产品质量的根本所在。

　　e、宏观组织检验和微观组织检验

　　通常它们也都是用于工艺评定检验，正常生产过程则很少做，只有当用户提出要求时才做。

　　f、晶间腐蚀试验

　　对于奥氏体不锈钢材料，一般都要进行晶间腐蚀试验。

　　g、爆破试验

　　作为型式试验的一种，一般在产品设计时才做，并纳入工艺评定记录。

　　10、标记入库

　　当采用打钢印进行标记时，应考虑它可能给产品的应用带来的不利影响。美国腐蚀学会的NACE 175标准规定，当产品用于有应力腐蚀的环境时，钢印标记应采用园角形的钢印，以防止产生应力集中而导致椭圆形封头对应力腐蚀开裂的敏感。