轴类大锻件在压方过程中，表面质量和内部应力状态受多种因素的综合影响。以下从表面质量和内部应力两个方面分别分析其关键影响因素，并提出相应的优化方向：

一、表面质量的影响因素

1. 模具设计与状态

• 模具表面光洁度：模具表面粗糙会导致锻件表面划痕或裂纹。

• 圆角半径设计：过小的圆角易造成应力集中，导致表面折叠或开裂。

• 模具磨损：磨损的模具会降低成形精度，加剧表面缺陷。

2. 温度控制

• 锻件锻造温度：温度过低会导致材料塑性差（冷脆性），易开裂；温度过高可能引发过烧或氧化皮增厚。

• 温度均匀性：坯料加热不均会导致局部变形抗力差异，产生表面凹凸或裂纹。

3. 润滑条件

• 润滑剂选择：润滑不足会增加模具与坯料的摩擦，导致表面粗糙或拉伤；过量润滑可能引起锻造液残留污染。

• 润滑均匀性：局部润滑失效会导致表面质量不均。

4. 原材料缺陷

• 坯料表面状态：原始坯料的氧化皮、裂纹或夹杂物在变形中会被放大。

• 材料纯净度：非金属夹杂物在锻造中可能暴露为表面缺陷。

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5. 变形速率与工艺参数

• 压下速度：过快的变形速率可能因绝热温升导致局部熔化，或引发动态再结晶不均匀。

• 压下量分配：单次压下量过大会加剧表面拉应力，增加开裂风险。

二、内部应力状态的影响因素

1. 变形均匀性

• 截面形状变化：压方过程中圆形→方形的截面突变易导致心部与表层变形不一致，产生残余应力。

• 模具约束条件：模具对金属流动的限制会引起非均匀塑性变形，形成三向应力状态。

2. 热力耦合效应

• 温度梯度：锻件表层与心部的冷却速度差异会引发热应力（如急冷导致表层拉应力）。

• 相变应力：某些材料在冷却过程中发生相变（如马氏体转变），体积变化导致附加应力。

3. 冷却工艺

• 冷却速率：快速冷却（如水淬）会增大残余应力，而缓冷（如炉冷）有助于应力松弛。

• 冷却均匀性：不对称冷却会导致应力分布失衡，甚至引起弯曲变形。

4. 材料特性

• 合金成分：高合金钢（如Cr-Mo钢）导热性差，更易积累热应力。

• 组织状态：粗晶材料易产生晶界应力集中；细晶组织可提高应力均匀性。

5. 后续热处理

• 退火工艺：不完全退火可能无法充分消除残余应力；等温退火可优化应力分布。

• 时效处理：对某些铝合金或沉淀硬化钢，时效可调控应力状态。

三、优化措施

1. 工艺优化

• 采用多火次锻造，合理分配压下量以减少单次变形量。

• 控制终锻温度高于材料再结晶温度，促进动态再结晶均匀化。

• 采用等温锻造或控温锻造技术，减少温度梯度。

2. 模具与润滑改进

• 使用高硬度、高耐磨模具材料（如H13钢），定期抛光模具表面。

• 选择高温润滑剂（如石墨基润滑剂）并优化喷涂工艺。

3. 材料预处理

• 坯料预处理（如剥皮、探伤）去除表面缺陷。

• 对高合金钢进行均匀化退火，减少成分偏析。

4. 后处理技术

• 锻后及时进行去应力退火（如600-650℃保温缓冷）。

• 对关键件采用振动时效或深冷处理调节残余应力。

四、总结

压方过程中表面质量与内部应力的控制需兼顾热-力-组织多场耦合作用。通过优化模具设计、精准控温、改善润滑条件及合理制定热处理工艺，可显著提升船用锻件综合性能。实际生产中需结合材料特性与设备条件进行动态工艺调整，必要时通过有限元模拟（如DEFORM）预测变形与应力分布，指导工艺参数优化。