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wo405146793金虫 (正式写手)
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挤压和锻造对比？
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同一规格的铌合金棒材，比如直径90mm，第一种方法直接锻造至30mm，中间可能要退一次火；第二种方法直接挤压至30mm，请问两者相比那种晶粒破碎程度高，对棒材力性更好，为什么？和锻造的道次加工率和挤压比的选择有关系，如何解释两者的优劣？ 发自小木虫IOS客户端 |
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 金属材料科学与工程 |
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zbhwel
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zhenjinming: MM-EPI+1, ok 2016-10-19 16:16:20
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问题：同一规格的铌合金棒材，比如直径90mm，第一种方法直接锻造至30mm，中间可能要退一次火；第二种方法直接挤压至30mm，请问两者相比那种晶粒破碎程度高，对棒材力性更好，为什么？和锻造的道次加工率和挤压比的选择有关系，如何解释两者的优劣？ 答： 1. 锻造比由于工序比较复杂，要考虑个工序的影响。一般全部是拔长的锻造比很简单，如果既有镦粗，又有拔长就比较复杂； （1) 单纯的拔长 如果是从直径90mm的棒坯直接拔长锻造至30mm，锻造比=锻前坯料的面积/锻后成品坯料的面积=（90/30）的平方=9； 如果中间有一次退火，那就有分锻比和总锻比之分，总锻比则为9；当然，通常热锻造之间不需要热处理，只需要回炉重新加热，这时候也是分为分锻比和总锻比； 比如从90mm锻造到45mm需要回一火或者冷却修料，再加热锻造到30mmm，则分锻比1为=（90/45）的平方=4，分锻比2为=（45/30）的平方=2.25，总的锻比为9； （2）镦粗和拔长 镦粗的锻比=镦粗后坯料的面积/锻粗前坯料的面积=镦粗前坯料的高度/锻粗后坯料的高度 拔长锻造比=锻前坯料的面积/锻后成品坯料的面积 计算方法与前例相似。虽然计算方法很简单，但对于一镦一拔、两镦两拔或三镦三拔的总锻比计算有点不统一，尤其是两镦两拔和三镦三拔更是分歧较大。 国内行业内对于镦拔结合的锻比计算，大部分总锻比只考虑镦粗的锻比或者只考虑拔长的分锻比，也就是两者选其一，并不是累计计算； 比如两镦两拔和三镦三拔，总锻比=镦粗比的累计（或者=拔长比的累计）; 而且分锻比的累计又分为加法和乘法两种，比如 总锻比=分锻比1+分锻比2+......+分锻比n;（或者=分锻比1×分锻比2×......×分锻比n）; 西工大的周老师曾经对比研究认为， 对于分锻比不超过2的情况下，适宜采用乘法； 对于分锻比超过2的情况下，适宜采用加法； 我也认为这种界定比较合理一些，因为当分锻比超过2时，加法和乘法计算的结果相差太大了。 2. 挤压比很好计算，先要知道挤压筒的直径，比如90的棒坯挤压到30mm，挤压筒的直径是93mm；挤压比λ=挤压筒的面积/挤压制品的面积=（93/30）的平方=9.61； 3.两种方法各有优劣点。相对而言，挤压获得棒材质量比较稳定，因为过程可控性比锻造要好，但晶粒细化程度和均匀性不如锻造，尤其是当锻造前期增加镦粗时，一方面锻比增加了；另一方面既有轴向大变形，又有径向变形。所以，更有利于细化和均匀组织。挤压变形的温度和挤压比选择合适的话，也可以很好的细化晶粒。虽然在挤压过程中也有径向变形和轴向的变形，但由于自身金属流动的特性，在挤压前期金属流动较慢，后期金属流动越来越快，中间金属和边部金属流动性差距越来越大，会导致挤压棒坯的前端和后端组织有差异。棒坯径向的差异也与断面积大小有关系，如果挤压棒坯的直径较大，径向组织和性能差异也较大，如果直径较小，这种差距也较小。 从我多年的经验来看，如果对于组织细化要求较高的话，对于较粗的棒材，两种方式结合比较好；对于直径较小的棒材，两种方式差异不大，当然较小规格的棒材可以采用轧制比较好。 |
5楼2016-10-15 23:04:47
zbhwel
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【答案】应助回帖
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如你上面所说，这样肯定会很好。但工艺设计也要考虑 工艺的适宜性和经济性，也就是说要综合考虑，既要考虑到目标的组织好性能，还要考虑生产效率和制造成本。 虽然三种方法结合可以得到最佳的结果，但不是很经济。选择不同的工艺设计很关键一点是要考虑成品的规格。 1. 通常来说（不限于铌合金），对于大规格（直径不小于150mm，或者直径不小于100mm）和超大规格（直径不小于300mm）的棒材采用镦拔结合或十字锻造或多种方式结合的锻造是性价比最高的加工方式，这也是目前工厂最常用的工艺方法； 2. 对于中等规格（大约界定，直径50-100mm，或30-100）的棒材，大多数采用锻造方法，对于质量稳定要求高的可以采用先锻造再挤压的方法，也有两次挤压的方法；对于要求一般的产品也有很多采用热轧（30-60mm的采用先锻造后热轧也可以获得高质量的产品）； 3.对于小规格的棒材（8-30），大部分都采用热轧可以满足绝大部分产品要求。如果质量要求比较高的话，可以采用更大规格的锭坯（锻造、挤压、热轧都可以）加长变形路径（其实也就是增加总的变形量）就行； 4. 如果都是热加工的话，中间可以不需要热处理，只要控制好热变形的加热工艺就行。 |
11楼2016-10-17 21:21:27
zbhwel
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一直使用锻造，并且在满足高径比的情况下通过多次墩粗，直至获得满足需要的规格棒材，只要工艺合理、过程控制得当，不会出现粗晶细晶不均匀的现象 。 有时会考虑加入其他加工方法是有特殊考虑的，比如铌合金的铸锭采用挤压开坯是为了解决铸锭锻造容易开裂的问题。 目前，绝大部分（包括航空、航天）的较大规格钛合金棒材的生产，从铸锭开始到成品基本都是采用锻造方法生产，组织细小均匀、性能各向异性较小。无论美国、俄罗斯、还是欧洲、中国、日本都是采用锻造方法生产。但基本都是快速液压锻造机，不是锻锤。锻造方法如果设计合理、控制得当，仍然是获得高品质棒材的重要加工方法。 但铌合金因为坯料直径小，很难采用快速液压锻造机，很多都是采用锻锤锻造，这种加工方式对于铌合金的锻造有很多不利的因素。 首先是冲击变形很容易造成表面开裂，其次是人工操作，由于铌合金密度大，给人工操作带来很多难度，对于操作工人的技术、体力和耐心提出了很高要求，同时也带来了很多影响锻造质量的因素，所以铌合金的锻造质量极不稳定。 |
12楼2016-10-17 21:33:22
wo405146793
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wo4051467932楼2016-10-15 20:22:21
wo405146793
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wo405146793
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6楼2016-10-16 10:13:10
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7楼2016-10-16 20:54:00
8楼2016-10-17 10:12:54
wo405146793
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也就是说我先通过锻造（多次墩粗拔长）获得一个中间尺寸，然后进行退火，在进行挤压至一中间尺寸，然后再经过轧制至成品尺寸，三种加工方法都用上，就能获得性能最佳的棒材。对吧？ 发自小木虫IOS客户端 |
9楼2016-10-17 11:02:47
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10楼2016-10-17 11:07:37