锻件质量的探讨.docVIP

锻 件 质 量 的 探 讨 生产锻件时，除了必须保证所要求的形状和尺寸外，还必须满足零件在使用过程中所提出的性能要求，其中主要包括：强度指标、塑性指标、冲击韧性、疲劳韧性和抗应力腐蚀性能要求，对高温工作的零件，还有高温瞬时拉伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳性能等。而锻件的性能又取决于其组织和结构（以下简称为组织）。不同材料，或同一材料的不同状态的锻件，其性能不同，归根到底都是由其组织决定的。金属的组织与材料的化学成分、冶炼方法、压力加工过程和工艺等因素有关。其中，压力加工过程对锻件的组织有重要的影响，尤其对那些在加热和冷却过程中没有同素异构转变的材料，如：奥氏体和铁素体耐热不锈钢、高温合金、铝合金和镁合金等，主要依靠在压力加工过程中，正确控制热力学工艺参数来改善锻件的组织和提高其性能。 采用压力加工方法，还可以改善零件的表面状态和建立表面预压应力，提高零件的使用性能。 由于锻件的质量与原材料质量、锻造工艺及热处理工艺的有关，所以要保证获得高质量的锻件，必须从以上几个方面进行分析和研究。 下面对三个方面的问题进行讨论： （1）材料和锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响； （2）锻造过程中常见的缺陷； （3）锻件质量检验的内容和锻件质量分析的方法。 一、原材料和锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响 （一）原材料对组织和性能的影响 锻造用的原材料为铸锭、轧材、挤材及锻坯。而轧材、挤材及锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工后形成的半成品。对铸锭子来说，炉料成分、冶炼方法及锻造工艺是决定其质量的重要环节。而轧制、挤压及锻造加工过程，则是决定相应半成品质量的又一环节。 原材料在进入锻造过程之前，需经尺寸、表面质量、化学成分、高倍组织、低倍组织及机械性能的检验，符合技术条件要求后方能投入生产。 原材料的化学成分、高倍组织、低倍组织及机械性能是保证锻件组织性能的基础，而原材料的尺寸和表面质量直接影响锻件的工艺塑性及成形。此外，原材料的可锻性及其再结晶特点是确定锻造工艺参数的基础。 因此，原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件。 但是，原材料的质量检验具有一定的局限性（如：漏检和取样不具有代表性等等），原材料的技术条件规定的检验方法，不可能把钢材内部的所有质量问题都暴露出来，如：内部成分与偏析等。因此，原材料存在的各种缺陷，势必影响锻件的成形过程及锻件的最终质量。 原材料对锻件组织和性能的影响，主要有以下几个方面： 1.化学成分及杂质元素的影响 在原材料的技术条件中，对化学元素皆规定了相应的成分范围，对杂质元素S、P、Cu、Sn、Pb等也有一定的限制。化学元素超出规定的范围和杂质元素含量过高对锻件的成形和质量都会带来较大的影响。 S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相，使锻件易出现热脆。 含Al量对合金结构钢的本质晶粒度有一定影响。为了获得本质细晶粒钢，钢中残余铝含量需控制在一定范围内（如：Al酸0.02~0.04%）.含铝量过少,起不到控制晶粒长大的作用；含铝量过多，压力加工时在形成纤维组织的条件下易造木纹断口、撕痕状断口等，这些都会降低锻件的机械性能和使用性能。 在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢中，Ti、Si、Al、Mo的含量越多，则铁素体相越多，锻造时越易形成表面裂纹，并使零件有磁性。 原材料中的共晶相对锻件的形成及锻件质量有很大的影响，它使材料在锻前加热时容易过烧和降低材料的塑性指标等。如：莱氏体工具钢中的一次共晶碳化物，铝合金挤压棒材中的树支状共晶化合物等。而钛合金原材料中的粗大β相直接影响锻件的常规机械性能。 2.原材料内部缺陷的影响 原材料内部的缩管残余、皮下气泡、严重碳化物偏析、粗大的非金属夹杂物（夹渣）等缺陷，易使锻件产生裂纹。 原材料内部的树支状晶、严重疏松、非金属夹杂物、白点、翻皮、氧化膜、分层、偏析带及异金属混入等缺陷，易引起锻件性能下降。微量的非金属夹杂物对冷轧辊及轴承钢的寿命也有较大的影响。 3.原材料表面缺陷的影响 原材料表面裂纹、折迭、结疤、粗晶环等易造成锻件的表面裂纹。 4.原材料流线的影响 供锻造和模锻的轧材、挤材及锻坯均具有纤维组织，因此其性能都具有方向性，这也是造成锻件性能呈方向性的基本原因。其方向性的严重程度，既取决于原材料中S、P及其他杂质的含量、又取决于原材料的锻比。因此，选择锻件的锻造方案时，应根据零件的受力情况，注意流线的正确分布。 原材料的可锻性及再结晶特点对锻件成形和锻件质量也有很大的影响。可锻性良好的材料成形性好。一般来说碳钢和合金结构钢的工艺塑性较高，变形抗力较低，可锻性好。而高合金及高温合金的工艺塑性低，变形抗力大，可锻性差。铝合金居中，各种合金都有一定的临界变形范围，当变形程度在此范围内时，晶粒特别粗大，使锻件的机械性能降低，锻造时应避开这个临界变形范围。 （二）锻