轴锻件的锻造工艺是通过塑性变形改善材料组织、提升力学性能的关键制造环节，其工艺设计需兼顾材料特性、零件尺寸及性能要求。以下是系统化的锻造工艺流程与技术要点：

1. 锻造工艺路线选择

工艺类型适用场景特点

自由锻 小批量、大尺寸（Φ＞500mm） 灵活性高，模具成本低 

模锻 中大批量、复杂形状 尺寸精度高（IT8-IT10） 

径向锻造 长轴类（L/D＞5） 流线连续，各向异性小 

等温锻 钛合金/高温合金 组织均匀，残余应力低 

2. 核心工艺流程

（1）下料与加热

下料精度：

锯切：±1mm

火焰切割：±2mm（需预留加工余量）

加热规范：

材料始锻温度（℃）终锻温度（℃）加热速率（℃/h）

碳钢（45#） 1150-1200 800-850 150-200 

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

钛合金（TC4） 950-980 800-850 50-80 

（2）预制坯工艺

镦粗：

高径比控制：H₀/D₀≤2.5（避免失稳）

变形量：40-60%（细化晶粒）

拔长：

送进量：0.75-0.85倍砧宽（避免折叠）

锻比：3-5（保证流线连续性）

（3）成形阶段

自由锻关键操作：

压钳口

镦粗

拔长

滚圆

校直

模锻工艺参数：

飞边槽设计：桥部高度3-5mm，仓部容积≥20%锻件体积

打击能量：10-50kJ（根据投影面积调整）

（4）冷却与热处理

冷却方式：

材料冷却方式冷却速率（℃/s）

低碳钢 空冷 0.5-2 

中碳合金钢 坑冷/控温冷却 0.1-0.5 

高合金钢 炉冷 ＜0.05 

热处理典型工艺：

调质处理：淬火（850℃×1h）+高温回火（600℃×2h）

等温退火：用于钛合金（750℃×4h→炉冷至500℃）

3. 关键质量控制点

（1）组织性能要求

指标碳钢合金钢检测方法

晶粒度 ASTM 5-7级 ASTM 4-6级 GB/T 6394 

非金属夹杂 ≤B1.5/C1.0 ≤B1.0/C0.5 GB/T 10561 

超声波探伤 Φ2mm平底孔当量 Φ1mm平底孔当量 JB/T 5000.15 

（2）缺陷预防措施

缺陷类型成因解决方案

折叠 送进量不当 控制送进量在0.7-0.9倍砧宽 

白点 氢含量过高 锻后缓冷+去氢退火（250℃×24h） 

混晶 终锻温度过低 确保终锻温度＞Ar₃（＞850℃） 

4. ***锻造技术应用

（1）等温精密锻造

适用材料：Ti-6Al-4V、Inconel 718

工艺参数：

模具温度：700-900℃（±10℃）

应变速率：0.01-0.1s⁻¹

效果：晶粒度可达ASTM 8级，表面粗糙度Ra1.6μm

（2）径向锻造

设备要求：

四锤头同步锻造（径向力＞2000kN）

轴向进给精度±0.1mm

优势：

长轴锻件直线度≤0.5mm/m

材料利用率提高20%

（3）数值模拟辅助

软件应用：

DEFORM：预测金属流动/缺陷

QForm：优化锻造工艺参数

典型输出：

应变场分布（确保ε＞0.4实现再结晶）

温度场监控（梯度＜50℃）

5. 典型工艺案例

风电主轴（34CrNiMo6，Φ800×6000mm）锻造流程：

下料：圆钢Φ850mm，锯切长度6300mm

加热：1150℃×8h（梯度加热）

锻造：

镦粗至H=1500mm（变形量55%）

拔长至Φ750mm（锻比4.2）

滚圆校直（直线度≤1mm/m）

热处理：

正火：860℃×6h→空冷

调质：淬火（840℃×4h）+回火（580℃×10h）

检测：

UT探伤：Φ1.6mm平底孔当量无缺陷

力学性能：Rm≥850MPa，AKv(-40℃)≥40J

6. 技术发展趋势

智能化锻造：

基于机器学习的工艺参数自适应调整

数字孪生实时仿真（延迟＜50ms）

绿色制造：

近净成形技术（余量≤3mm）

废热回收系统（节能＞30%）

高性能材料应用：

高强铝合金/钛合金大型轴件锻造

氧化物弥散强化（ODS）钢轴

轴锻件的锻造工艺需根据材料特性、服役条件***设计，通过控制热力学参数与变形路径，实现组织优化与性能提升。建议参照ASTM A788/ISO 12106等标准执行，并建立全流程质量追溯体系。