完整引发锻件缺陷的主要原因.docx

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完整引发锻件缺陷的主要原因

引发锻件缺陷的主要原因 

一、备料不当产生的缺陷及其对锻件的影响

  备料不当产生的缺陷有以下几种。

        1.切斜

    切斜是在锯床或冲床上下料时,由于未将棒料压紧,致使坯料端面相对于纵轴线的倾斜量超过了规定的许可值.严重的切斜,可能在锻造过程中形成折叠。

        2。

坯料端部弯曲并带毛刺

      在剪断机或冲床上下料时，由于剪刀片或切断模刃口之间的间隙过大或由于刃口不锐利,使坯料在被切断之前已有弯曲,结果部分金属被挤人刀片或模具的间隙中，形成端部下垂毛刺。

 有毛刺的坯料,加热时易引起局部过热、过烧，锻造时易产生折叠和开裂.

         3.坯料端面凹陷

     在剪床上下料时，由于剪刀片之间的间隙太小，金属断面上、下裂纹不重合,产生二次剪切，结果部分端部金属被拉掉，端面成凹陷状。

这样的坯料锻造时易产生折叠和开裂.

        4.端部裂纹

      在冷态剪切大断面合金钢和高碳钢棒料时，常常在剪切后3～4h发现端部出现裂纹。

主要是由于刀片的单位压力太大，使圆形断面的坯料压扁成椭圆形,这时材料中产生了很大的内应力。

而压扁的端面力求恢复原来的形状，在内应力的作用下则常在切料后的几小时内出现裂纹。

材料硬度过高、硬度不均和材料偏析较严重时也易产生剪切裂纹.有端部裂纹的坯料，锻造时裂纹将进一步扩展.

     5.气割裂纹

  气割裂纹一般位于坯料端部,是由于气割前原材料没有预热，气割时产生组织应力和热应力引起的。

有气割裂纹的坯料，锻造时裂纹将进一步扩展。

因此锻前应予以预先清除。

   6。

凸芯开裂

 车床下料时,在棒料端面的中心部位往往留有凸芯.锻造过程中，由于凸芯的断面很小，冷却很快，因而其塑性较低，但坯料基体部分断面大，冷却慢，塑性高.因此，在断面突变交接处成为应力集中的部位，加之两部分塑性差异较大,故在锤击力的作用下，凸芯的周围容易造成开裂。

    二、加热工艺不当常产生的缺陷

    加热不当所产生的缺陷可分为：

①由于介质影响使坯料外层组织化学状态变化而引起的缺陷，如氧化、脱碳、增碳和渗硫、渗铜等。

②由内部组织结构的异常变化引起的缺陷，如过热、过烧和未热透等。

③由于温度在坯料内部分布不均,引起内应力（如温度应力、组织应力）过大而产生的坯料开裂等。

下面介绍其中几种常见的缺陷，其余的可见有关的实例.

       1。

脱碳

   脱碳是指金属在高温下表层的碳被氧化，使得表层的含碳量较内部有明显降低的现象。

   脱碳层的深度与钢的成分、炉气的成分、温度和在此温度下的保温时间有关。

采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高碳钢易脱碳,含硅量多的钢也易脱碳.脱碳使零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。

        2.增碳

     经油炉加热的锻件，常常在表面或部分表面发生增碳现象。

有时增碳层厚度达1。

5~1。

6mm增碳层

的含碳量达1％（质量分数）左右,局部点含碳量甚至超过2％（质量分数），出现莱氏体组织。

这主要是在油炉加热的情况下，当坯料的位置靠近油炉喷嘴或者就在两个喷嘴交叉喷射燃油的区域内时，由于油和空气混合得不太好,因而燃烧不完全,结果在坯料的表面形成还原性的渗碳气氛,从而产生表面增碳的效果.增碳使锻件的机械加工性能变坏,切削时易打刀。

      3。

过热

 过热是指金属坯料的加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长,或由于热效应使温升过高而引起的晶粒粗大现象。

碳钢（亚共析或过共析钢）过热之后往往出现魏氏组织。

马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构，工模具钢往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。

钛合金过热后，出现明显的β相晶界和平直

细长的魏氏组织.合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口.过热组织，由于晶粒粗大，将引起力学性能降低,尤其是冲击韧度.一般过热的结构钢经过正常热处理（正火、淬火）之后，组织可以改善，性能也随之恢复，这种过热常被称之为不稳定过热;而合金结构钢的严重过热经一般的正火（包括高温正火）、退火或淬火处

理后，过热组织不能完全消除，这种过热常被称之为稳定过热。

      4。

过烧

     过烧是指金属坯料的加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，炉中的氧及其它氧化性气体渗

透到金属晶粒间的空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶体,破坏了晶粒间的联系，使材料的塑性急剧降低。

过烧严重的金属，撤粗时轻轻一击就裂，拔长时将在过烧处出现横向裂纹。

过烧与过热没有严格的温度界线.一般以晶粒出现氧化及熔化为特征来判断过烧。

对碳钢来说,过烧时晶界熔化、严重氧化工模具钢（高速钢、Cr12型钢等）过烧时，晶界因熔化而出现鱼骨状莱氏

体。

铝合金过烧时出现晶界熔化三角区和复熔球等。

锻件过烧后，往往无法挽救，只好报废。

         5。

加热裂纹

     在加热截面尺寸大的大钢锭和导热性差的高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶段加热速度过快，则坯料因内外温差较大而产生很大的热应力。

加之此时坯料由于温度低而塑性较差,若热应力的数

值超过坯料的强度极限,就会产生由中心向四周呈辐射状的加热裂纹,使整个断面裂开。

              6.铜脆

         铜脆在锻件表面上呈龟裂状。

高倍观察时,有淡黄色的铜（或铜的固溶体）沿晶界分布。

坯料加热时,如炉内残存氧化铜屑，在高温下氧化钢还原为自由铜，熔融的钢原子沿奥氏体晶界扩展，削弱了晶粒间的联系。

另外，钢中含铜量较高[＞2％（质量分数）]时，如在氧化性气氛中加热,在氧化铁皮下形成富铜层,也引起钢脆。

    三、锻造工艺不当常产生的缺陷

 锻造工艺不当产生的缺陷通常有以下几种

      1。

大晶粒

     大晶粒通常是由于始锻温度过高和变形程度不足、或终锻温度过高、或变形程度落人临界变形区引起的。

铝合金变形程度过大,形成织构;高温合金变形温度过低,形成混合变形组织时也可能引起粗大晶粒，晶粒粗大将使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降。

         2.晶粒不均匀

          晶粒不均匀是指锻件某些部位的晶粒特别粗大,某些部位却较小。

产生晶粒不均匀的主要原因是坯料各处的变形不均匀使晶粒破碎程度不一，或局部区域的变形程度落人临界变形区，或高温合金局部加工硬化，或淬火加热时局部晶粒粗大。

耐热钢及高温合金对晶粒不均匀特别敏感.晶粒不均匀将使锻件的持久性能、疲劳性能明显下降.

          3.冷硬现

   变形时由于温度偏低或变形速度太快，以及锻后冷却过快，均可能使再结晶引起的软化跟不上变形引起的强化（硬化），从而使热锻后锻件内部仍部分保留冷变形组织。

这种组织的存在提高了锻件的强度和硬度，但降低了塑性和韧性。

严重的冷硬现象可能引起锻裂.

            4。

裂纹

           裂纹通常是锻造时存在较大的拉应力、切应力或附加拉应力引起的。

裂纹发生的部位通常是在坯料应力最大、厚度最薄的部位。

如果坯料表面和内部有微裂纹、或坯料内存在组织缺陷,或热加工温度不当使材料塑性降低，或变形速度过快、变形程度过大，超过材料允许的塑性指针等，则在撤粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中都可能产生裂纹。

             5。

龟裂

           龟裂是在锻件表面呈现较浅的龟状裂纹。

在锻件成形中受拉应力的表面（例如,未充满的凸出部分或受弯曲的部分）最容易产生这种缺陷。

引起龟裂的内因可能是多方面的：

①原材料合Cu、Sn等易熔元素过多。

②高温长时间加热时，钢料表面有铜析出、表面晶粒粗大、脱碳、或经过多次加热的表面。

③燃料含硫量过高，有硫渗人钢料表面。

             6.飞边裂纹

            飞边裂纹是模锻及切边时在分模面处产生的裂纹。

飞边裂纹产生的原因可能是：

①在模锻操作中由于重击使金属强烈流动产生穿筋现象。

②镁合金模锻件切边温度过低；铜合金模锻件切边温度过高。

             7.分模面裂纹

             分模面裂纹是指沿锻件分模面产生的裂纹。

原材料非金属夹杂多，模锻时向分模面流动与集中或缩管残余在模锻时挤人飞边后常形成分模面裂纹。

             8。

折叠

             折叠是金属变形过程中已氧化过的表层金属汇合到一起而形成的。

它可以是由两股（或多股）金属对流汇合而形成；也可以是由一股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成的；也可以是由于变形金属发生弯曲、回流而形成；还可以是部分金属局部变形,被压人另一部分金属内而形成。

折叠与原材料和坯料的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑情况及锻造的实际操作等有关。

 折叠不仅减少了零件的承载面积，而且工作时由于此处的应力集中往往成为疲劳源。

       9。

穿流

         穿流是流线分布不当的一种形式。

在穿流区，原先成一定角度分布的流线汇合在一起形成穿流，并可能使穿流区内、外的晶粒大小相差较为悬殊。

穿流产生的原因与折叠相似，是由两股金属或一股金属带着另一股金属汇流而形成的,但穿流部分的金属仍是一整体。

穿流使锻件的力学性能降低，尤其当穿流带两侧晶粒相差较悬殊时,性能降低较明显。

          10.锻件流线分布不顺

           锻件流线分布不顺是指在锻件低倍上发生流线切断、回流、涡流等流线紊乱现象。

如果模具设计不当或锻造方法选择不合理，预制毛坯流线紊乱;工人操作不当及模具磨损而使金属产生不均匀

流动,都可以使锻件流线分布不顺。

流线不顺会使各种力学性能降低，因此对于重要锻件，都有流线分布的要求。

    11。

铸造组织残留

            铸造组织残留主要出现在用铸锭作坯料的锻件中。

铸态组织主要残留在锻件的困难变形区。

锻造比不够和锻造方法不当是铸造组织残留产生的主要原因.铸造组织残留会使锻件的性能下降,尤其是冲击韧度和疲劳性能等。

           12.碳化物偏析级别不符要求

           碳化物偏析级别不符要求主要出现于莱氏体工模具钢中。

主要是锻件中的碳化物分布不均匀，呈大块状集中分布或呈网状分布.造成这种缺陷的主要原因是原材料碳化物偏析级别差，加之改锻时锻比不够或锻造方法不当具有这种缺陷的锻件，热处理淬火时容易局部过热和淬裂。

制成的刃具和模具使用时易崩刃等。

              13.带状组织

              带状组织是铁素体和珠光体、铁素体和奥氏体、铁素体和贝氏体以及铁素体和马氏体在锻件中呈带状分布的一种组织，它们多出现在亚共折钢、奥氏体钢和半马氏体钢中。

这种组织,是在两相共存的情况下锻造变形时产生的带状组织能降低材料的横向塑性指针，特别是冲击韧性。

在锻造或零件工作时常易沿铁素体带或两相的交界处开裂。

             14.局部充填不足

           局部充填不足主要发生在筋肋、凸角、转角、圆角部位，尺寸不符合图样要求。

产生的原因可能是:

①锻造温度低,金属流动性差；②设备吨位不够或锤击力不足；③制坯模设计不合理，坯料体积或截面尺寸不合格；④模膛中堆积氧化皮或焊合变形金属.

            15。

欠压

                 欠压指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大，产生的原因可能是:

①锻造温度低。

②设备吨位不足，锤击力不足或锤击次数不足。

              16。

错移

         错移是锻件沿分模面的上半部相对于下半部产生位移。

产生的原因可能是：

①滑块（锤头）与导轨之间的间隙过大；②锻模设计不合理，缺少消除错移力的锁口或导柱;③模具安装不良。

               17.轴线弯曲

               锻件轴线弯曲，与平面的几何位置有误差.产生的原因可能是：

①锻件出模时不注意；②切边时受力不均;③锻件冷却时各部分降温速度不一；④清理与热处理不当。

           11.铸造组织残留

                        铸造组织残留主要出现在用铸锭作坯料的锻件中.铸态组织主要残留在锻件的困难变形区.锻造比不够和锻造方法不当是铸造组织残留产生的主要原因。

 铸造组织残留会使锻件的性能下降，尤其是冲击韧度和疲劳性能等。

                 12.碳化物偏析级别不符要求

                     碳化物偏析级别不符要求主要出现于莱氏体工模具钢中。

主要是锻件中的碳化物分布不均匀，呈大块状集中分布或呈网状分布。

造成这种缺陷的主要原因是原材料碳化物偏析级别差，加之改锻时锻比不够或锻造方法不当具有这种缺陷的锻件，热处理淬火时容易局部过热和淬裂。

制成的刃具和模具使用时易崩刃等.

                 13.带状组织

                  带状组织是铁素体和珠光体、铁素体和奥氏体、铁素体和贝氏体以及铁素体和马氏体在锻件中呈带状分布的一种组织，它们多出现在亚共折钢、奥氏体钢和半马氏体钢中。

这种组织，是在两相

共存的情况下锻造变形时产生的带状组织能降低材料的横向塑性指针，特别是冲击韧性.在锻造或零件工作时常易沿铁素体带或两相的交界处开裂。

                 14.局部充填不足

                    局部充填不足主要发生在筋肋、凸角、转角、圆角部位，尺寸不符合图样要求。

产生的原因可能是：

①锻造温度低，金属流动性差；②设备吨位不够或锤击力不足；③制坯模设计不合理，坯料

体积或截面尺寸不合格；④模膛中堆积氧化皮或焊合变形金属。

                 15.欠压

                 欠压指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大,产生的原因可能是：

①锻造温度低。

②设备吨位不足，锤击力不足或锤击次数不足。

                 16.错移

                        错移是锻件沿分模面的上半部相对于下半部产生位移。

产生的原因可能是：

①滑块（锤头）与导轨之间的间隙过大；②锻模设计不合理，缺少消除错移力的锁口或导柱；③模具安装不良.

                 17。

轴线弯曲

                     锻件轴线弯曲，与平面的几何位置有误差。

产生的原因可能是：

①锻件出模时不注意；②切边时受力不均；③锻件冷却时各部分降温速度不一;④清理与热处理不当

原材料原因可以排除，请从以上几点查找原因。