軸鍛件的鍛造工藝是通過塑性變形改善材料組織、提升力學性能的關鍵制造環節，其工藝設計需兼顧材料特性、零件尺寸及性能要求。以下是系統化的鍛造工藝流程與技術要點：

1. 鍛造工藝路線選擇

工藝類型適用場景特點

自由鍛 小批量、大尺寸（Φ＞500mm） 靈活性高，模具成本低 

模鍛 中大批量、復雜形狀 尺寸精度高（IT8-IT10） 

徑向鍛造 長軸類（L/D＞5） 流線連續，各向異性小 

等溫鍛 鈦合金/高溫合金 組織均勻，殘余應力低 

2. 核心工藝流程

（1）下料與加熱

下料精度：

鋸切：±1mm

火焰切割：±2mm（需預留加工余量）

加熱規范：

材料始鍛溫度（℃）終鍛溫度（℃）加熱速率（℃/h）

碳鋼（45#） 1150-1200 800-850 150-200 

合金鋼（42CrMo） 1100-1150 850-900 100-150 

鈦合金（TC4） 950-980 800-850 50-80 

（2）預制坯工藝

鐓粗：

高徑比控制：H?/D?≤2.5（避免失穩）

變形量：40-60%（細化晶粒）

拔長：

送進量：0.75-0.85倍砧寬（避免折疊）

鍛比：3-5（保證流線連續性）

（3）成形階段

自由鍛關鍵操作：

壓鉗口

鐓粗

拔長

滾圓

校直

模鍛工藝參數：

飛邊槽設計：橋部高度3-5mm，倉部容積≥20%鍛件體積

打擊能量：10-50kJ（根據投影面積調整）

（4）冷卻與熱處理

冷卻方式：

材料冷卻方式冷卻速率（℃/s）

低碳鋼 空冷 0.5-2 

中碳合金鋼 坑冷/控溫冷卻 0.1-0.5 

高合金鋼 爐冷 ＜0.05 

熱處理典型工藝：

調質處理：淬火（850℃×1h）+高溫回火（600℃×2h）

等溫退火：用于鈦合金（750℃×4h→爐冷至500℃）

3. 關鍵質量控制點

（1）組織性能要求

指標碳鋼合金鋼檢測方法

晶粒度 ASTM 5-7級 ASTM 4-6級 GB/T 6394 

非金屬夾雜 ≤B1.5/C1.0 ≤B1.0/C0.5 GB/T 10561 

超聲波探傷 Φ2mm平底孔當量 Φ1mm平底孔當量 JB/T 5000.15 

（2）缺陷預防措施

缺陷類型成因解決方案

折疊 送進量不當 控制送進量在0.7-0.9倍砧寬 

白點 氫含量過高 鍛后緩冷+去氫退火（250℃×24h） 

混晶 終鍛溫度過低 確保終鍛溫度＞Ar?（＞850℃） 

4. ***鍛造技術應用

（1）等溫精密鍛造

適用材料：Ti-6Al-4V、Inconel 718

工藝參數：

模具溫度：700-900℃（±10℃）

應變速率：0.01-0.1s?1

效果：晶粒度可達ASTM 8級，表面粗糙度Ra1.6μm

（2）徑向鍛造

設備要求：

四錘頭同步鍛造（徑向力＞2000kN）

軸向進給精度±0.1mm

優勢：

長軸鍛件直線度≤0.5mm/m

材料利用率提高20%

（3）數值模擬輔助

軟件應用：

DEFORM：預測金屬流動/缺陷

QForm：優化鍛造工藝參數

典型輸出：

應變場分布（確保ε＞0.4實現再結晶）

溫度場監控（梯度＜50℃）

5. 典型工藝案例

風電主軸（34CrNiMo6，Φ800×6000mm）鍛造流程：

下料：圓鋼Φ850mm，鋸切長度6300mm

加熱：1150℃×8h（梯度加熱）

鍛造：

鐓粗至H=1500mm（變形量55%）

拔長至Φ750mm（鍛比4.2）

滾圓校直（直線度≤1mm/m）

熱處理：

正火：860℃×6h→空冷

調質：淬火（840℃×4h）+回火（580℃×10h）

檢測：

UT探傷：Φ1.6mm平底孔當量無缺陷

力學性能：Rm≥850MPa，AKv(-40℃)≥40J

6. 技術發展趨勢

智能化鍛造：

基于機器學習的工藝參數自適應調整

數字孿生實時仿真（延遲＜50ms）

綠色制造：

近凈成形技術（余量≤3mm）

廢熱回收系統（節能＞30%）

高性能材料應用：

高強鋁合金/鈦合金大型軸件鍛造

氧化物彌散強化（ODS）鋼軸

軸鍛件的鍛造工藝需根據材料特性、服役條件***設計，通過控制熱力學參數與變形路徑，實現組織優化與性能提升。建議參照ASTM A788/ISO 12106等標準執行，并建立全流程質量追溯體系。