常州40CrMnTi合金结构钢大型锻件的传统制造方式是采用大型钢锭开坯、自由锻造成形。但随着重大装备的不断发展,对大型锻件的要求越来越高,不仅规格和截面越来越大,而且内在质量也不断提高,传统的制造方式已经难以满足要求。为了适应高端装备的需求,实现大型锻件形质兼备的目标,急需对制造方式进行变革。为此,以传统钢锭制造技术提升和新型增材制坯技术开发为代表的均质化制坯、一体化制造及模锻化成形等制造方式应运而生。常州40CrMnTi合金结构钢大型锻件是电力、冶金、石化、造船、矿山、航空航天、军工等装备(图1)的基础部件,其经济带动性强,涵盖面广,是装备制造业产业链上不可缺少的重要一环。大型锻件传统的制造方式是自由锻造成形,“肥头大耳”和“傻大黑粗”曾经是大型锻件的代名词。
当前,世界各国纷纷将常州40CrMnTi合金结构钢增材制造作为未来产业发展的新增长点,力争抢占未来科技和产业制高点。我国增材制造产业的发展阶段已从研发转向产业化应用,新设备、新技术、新材料、新应用程序不断推陈出新,越来越多的企业将增材制造作为产业升级和技术转型的方向。常州40CrMnTi合金结构钢增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件,相对于传统的材料去除——切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念,“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系;而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征,以直接制造零件为目标的大范畴技术群。
(1)常州40CrMnTi合金结构钢淬透性与实际锻件的有效淬硬深度的区别。采用同一种钢、不同截面的锻件在同样奥氏体化条件下淬火,其淬透性是相同的,但是其有效淬硬深度却因锻件的形状、尺寸和冷却介质的不同而有差别。淬透性乃是钢本身所固有的特性,对于一种钢,它是确定的,可用于不同钢种之间的比较。而实际工件的有效淬硬深度,它除了取决于钢的淬透性外,还与锻件的形状、尺寸及采用的冷却介质等外界因素有关。(2)常州40CrMnTi合金结构钢钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念,淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度,它主要取决于马氏体的含碳量。
常州40CrMnTi合金结构钢锻件淬火冷却时,由于不同部位存在温度差异及组织转变的不同所引起的应力称为淬火内应力。当淬火应力超过钢的屈服强度时,锻件将产生变形;当淬火应力超过钢的抗拉强度时,锻件将产生裂纹而成为废品。常州40CrMnTi合金结构钢为了防止锻件的变形和开裂的产生,可采用不同的淬火方法 (如分级淬火或等温淬火等)和工艺合理的设计措施(如结构对称、斜面均匀、避免尖角等),尽量减少淬火应力,并在淬火后及时进行回火处理。