軸類鍛件（如發動機曲軸、汽輪機轉子、傳動軸等）的鍛造工藝需要兼顧材料利用率、組織均勻性和力學性能。以下是軸類鍛件鍛造的核心工藝要點及關鍵技術控制：

一、材料與坯料準備

材料選擇

中碳鋼/合金鋼（如42CrMo、34CrNiMo6）用于高載荷軸件，不銹鋼（如17-4PH）用于耐蝕環境。

坯料需經超聲波探傷（UT）檢測，確保無內部缺陷（按ASTM A388標準）。

坯料計算

體積公式：V=∑πdi2Li/4V=∑πdi2Li/4（分段計算各軸段體積，考慮5~8%火耗）。

下料精度：重量公差±1%，端面平整度≤1mm/m。

二、加熱工藝控制

分段加熱

預熱段：600~800℃×（1~2h），消除殘余應力（高合金鋼需階梯升溫）。

高溫段：

低合金鋼：1150~1200℃（如42CrMo取1180℃）；

高合金鋼：1200~1250℃（如Inconel 718需1220℃）。

控溫要點

爐溫均勻性≤±10℃，熱電偶間距≤0.5m（航空件按AMS2750E標準）。

加熱時間：1.2~1.8 min/mm（直徑），避免過熱或未透熱。

三、鍛造工藝設計

1. 基本成形方法

拔長：

使用型砧（V型或弧形砧），送進量 L=(0.75～1.0)BL=(0.75～1.0)B（B為砧寬）；

鍛造比≥4（關鍵件需≥6），單道次變形量20~30%。

鐓粗：

高徑比≤2.5，避免縱向彎曲；

采用疊鐓工藝（如曲軸坯料的局部鐓粗）。

2. 特種工藝

徑向鍛造（精鍛機）：

適用于階梯軸，變形精度±0.5mm，表面粗糙度Ra≤6.3μm。

工藝參數：錘擊頻率200~400次/min，進給速度2~5mm/s。

楔橫軋：

用于預制坯，材料利用率提高15~20%，適合大批量生產。

3. 曲軸專用工藝

全纖維鍛造：

采用彎曲、鐓擠聯合工藝，使流線沿曲柄輪廓分布（疲勞壽命提升30%）。

平衡塊成形：

多向模鍛或分步鐓粗，避免折疊缺陷。

四、冷卻與熱處理

控冷工藝

風冷：低合金鋼（如40Cr）鍛后堆冷，防止白點；

水霧冷卻：大截面軸鍛件（直徑＞300mm）控制冷卻速率50~80℃/min。

熱處理

預備熱處理：

正火+高溫回火（如34CrNiMo6：860℃空冷+650℃回火）；

***終熱處理：

調質處理（淬火+高溫回火），硬度控制HRC 28~35（如42CrMo）。

五、變形與缺陷控制

缺陷類型成因分析解決措施

彎曲變形 拔長送料不均或溫度梯度大 采用自動送料機+紅外溫度監控 

表面折疊 砧角過銳或送進量過大 優化砧角R≥15mm，控制送進量 

晶粒粗大 終鍛溫度過高 降低終鍛溫度至Ac3以下50℃ 

六、典型工藝參數（以42CrMo發動機曲軸為例）

坯料：Φ200mm×1200mm，重量295kg。

鍛造：

鐓粗至Φ300mm×530mm；

模鍛成形（壓力16MN），終鍛溫度≥850℃。

熱處理：

調質：850℃油淬+580℃回火；

表面淬火：軸頸高頻淬火（硬度HRC 52~58）。

精度：

直線度≤0.3mm/m，UT檢測Φ2mm當量缺陷。

七、關鍵控制技術

數值模擬

DEFORM模擬金屬流動，預測折疊風險（如圖示曲軸拐角充型情況）。

https://example.com/crankshaft_simulation.png

在線檢測

激光測徑儀：實時監控軸徑變化（精度±0.1mm）；

熱成像儀：檢測溫度均勻性（溫差報警閾值±15℃）。

殘余應力控制

振動時效處理（頻率50~200Hz），降低應力30~50%。

八、高端應用案例（航空發動機轉子軸）

材料：Inconel 718，Φ350mm×2500mm。

鍛造：

徑向鍛造至Φ180mm，鍛造比≥8；

終鍛溫度≥950℃，變形速率0.1~1s?1。

熱處理：

固溶：980℃×1h空冷；

時效：720℃×8h → 620℃×8h，空冷。

檢測：

熒光滲透（PT）+超聲波相控陣（PAUT），零缺陷驗收。

工藝設計原則

流線優化：使纖維方向與主應力方向一致（按ASTM E807標準評級）；

組織細化：通過動態再結晶控制晶粒度≥6級（ASTM E112）；

節能降耗：采用近凈成形技術，材料利用率≥80%。

通過上述工藝控制，軸鍛件可滿足：

疲勞性能：曲軸疲勞極限≥450MPa（按ISO 1143測試）；

尺寸精度：直徑公差±0.5mm，直線度≤0.2mm/m。