鍛造技術與應用進展探討

黃俏梅?李安安?張洞川

摘要：隨著科學技術的持續創新和應用，鍛造技術得到了快速的提升。作為傳統行業，鍛造技術的創新也面臨著嚴峻的機遇和挑戰。本文重點分析了當前國內鍛造技術的應用進展，總結了鍛造技術的發展趨勢，闡述了需不斷提高裝備水平、技術工藝水平，才能推動鍛造技術的長足進步，以適應時代發展的需要。

關鍵詞：鍛造技術;應用進展;發展趨勢;探討

前言

鍛造在中國有著悠久的歷史，早期采用手工作坊的生產方式，至20世紀初，在鐵路、兵工、造船等行業中逐步出現了機械工業化的方式。隨著科技進步，對產品尺寸精度、使用性能要求的不斷提高，具有高品質、低成本、高效率、低能耗等優點的精密模鍛、粉末模鍛等先進鍛造工藝得到越來越廣泛的應用，鍛造技術的創新發展為國內制造業的進步提供了強而有力的技術支持。

一、鍛造技術的應用分類

按照作業工具不同，一般將鍛造技術分成自由鍛造，模塊鍛造（模鍛）和特種鍛造。

第一，自由鍛造。借助于簡單機械設備、通用性工具等設備工裝，適用于小批量生產。其不足之處在于，無法滿足產品精密性要求。特點為：效率高，工序成本低，材料利用率較低。

第二，功能模塊鍛造（模鍛）。指金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件的方法。該類辦法的成本略有提升，適用于中等、大批量的復雜鍛件生產。

第三，特種鍛造。基于專業設備的鍛造加工，涵蓋輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式，適用于特殊形狀零件的批量生產。比如，楔橫軋可生產轉軸、傳動軸類鍛件等零件;徑向鍛造可生產大型的細長筒、臺階軸等鍛件。

二、我國鍛造技術應用進展情況

1.精密模鍛技術

基于通用模鍛技術，主要是為了提高模鍛精度，提升材料利用率和環境保護。目前具有良好應用前景的鍛造技術主要有無飛邊熱模鍛技術、無飛邊溫模鍛技術和冷熱復合成形鍛造技術三類，由于應用條件不同，成本和性能各有不同，同樣鍛件采用不同鍛造技術，也有一些區別。精密模鍛技術的提升和進步，可進一步改善鍛件內部流線，強化產品組織性能，對提高鍛件強度具有重要作用。

2.大型鍛件構筑技術[7]

大鍛件是核電石化、航空航天、國防軍工等領域國家戰略性裝備的核心部件，常在高溫、重載、腐蝕等極端環境下服役，對材料有極高要求。大鍛件通常采用“以大制大”的方法制造，即先鑄造大鑄錠再鍛造成大鍛件。由于液態金屬凝固存在尺寸效應，規格越大的鑄錠內部成分偏析、組織疏松等缺陷越嚴重，導致鍛件的均質性越差，嚴重影響材料使役性能。

中科院借鑒建筑領域的“砌墻”原理，將傳統的鍛造與新興的增材制造技術巧妙結合，提出了國際領先的解決大尺寸材料偏析問題的構筑成形新思路：采用多塊易于制備的小尺寸均質化的板坯作為基元，通過堆垛組坯、真空封焊、高溫鍛造、多向變形等手段，獲得大尺寸均質化鍛件。該項技術已于2019年在山東伊萊特公司的四代核電φ15.6m支承環上得到了實際應用。該技術兼具顛覆性、可操作性和經濟性的特點，有效解決了大鍛件制備過程中“尺寸效應”問題，顯著提升冶金品質的同時，噸鋼制造成本降低30%以上。另外，還可實現壓力容器等大鍛件的一體化成形，減少容器焊縫數量約50%，顯著提升結構的安全性、可靠性和裝備建造進度，將是高端大型鍛件發展的主要方向。

3.多元材料鍛造技術

隨著各種工藝技術的層出不窮，鍛件可采用的原材料范圍正在逐步擴大。現階段，常用的鍛造材料主要有金屬材料、鈦合金、鋁合金等有色金屬材料等，金屬粉末和雙金屬等材料，對鍛造而言屬于“新金屬材料”，先進的鍛造技術有粉末冶金鍛造、鑄造高錳鋼鍛造、雙金屬或多金屬材料鍛造等，對改善產品組織性能、提高鍛件強韌性、推動鍛造技術提升等方面具有重要的促進作用。可鍛造原材料的挖掘和開發，與精密鍛造、鍛件品質的提升等具備同等重要的地位，將是未來鍛造技術發展過程中，被主要研討的難題之一。

三、鍛造技術的發展趨勢

1.精細化、復雜化

鍛件產品正向著精細化、復雜化的方向發展。鍛造業應充分提升對生產工藝核心技術.成本以及加工周期的有效控制。與此同時借助于計算機技術、信息技術的滲入，提升鍛造設備的機械自動化，控制化能力，為后期市場競爭奠定堅實基礎。工程項目實踐表明，傳統式鍛造技術已無法迎合當今鍛件行業的需求。充分升級換代鍛造設備，提升其核心價值，借助于自動化控制開展精細化、復雜化鍛造已成為發展趨向。

2.多元化

鍛造技術正向著多元化方向發展。近年來，研究者對鍛造中的坯料成形，組織變動的觀測模擬分析漸漸深入，通過變形觀測可計算坯料中微觀組織的變化，監測產品性能。當今塑性變形產品開發較快，傳統式產品開發模式已無法滿足要求的前提下，借助于仿真分析模型進行新產品的開發，是當今成型生產工藝發展的必然選擇。比如模擬預估鍛造坯料的溫度場、形變過程等。

3.節能高效化

隨著國家十四五戰略規劃和“碳中和”、“碳達峰”目標的提出，鍛造作為高能耗行業備受關注。鍛造行業所涉及的原材料、設備、能源和工裝模具等各工序因素中，原材料設計的降本、加熱方式的節能減排、仿真模擬技術的精準分析、鍛造技術的創新發展等高效節能手段，將成為鍛造技術節能降耗的發展方向。

4.低碳環保化

國家交通設施行業、制造行業的發展，推動了鍛壓生產工藝的快速發展，鍛造成型加工愈加注重環保化的要求。當下制造業中的廢物仍存在種類多，污染大的難題，結合環境影響、自然資源制約等實際情況，需開展綠色無污染的鍛造加工，盡量降低如噪聲污染，廢物污染等的環境污染，促成產品生命周期中對于壞境的消極影響最低化，提升資源利用率至最大化。低碳鍛造是將來發展的必然選擇。

結束語

綜上所述，本文重點分析了當前國內鍛造技術的應用進展，總結了鍛造技術的發展趨勢，闡述了需不斷提高裝備水平、技術工藝水平、仿真模擬技術，才能推動鍛造技術的長足進步，以適應時代發展的需要。

參考文獻

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