鍛件的常見缺陷及原因分析

1、鍛件的常見缺陷及原因分析(2007/07/05 10:58)鍛件的缺陷很多，產(chǎn)生的原因也多種多樣，有鍛造工藝不良造成的，有原材 料的原因，有模具設(shè)計不合理所致等等。尤其是少無切削加工的精密鍛件， 更是 難以做到完全控制。1. 大晶粒大晶粒通常是由于始鍛溫度過高和變形程度不足、或終鍛溫度過高、或變形 程度落人臨界變形區(qū)引起的。鋁合金變形程度過大，形成織構(gòu)；高溫合金變形溫 度過低，形成混合變形組織時也可能引起粗大晶粒， 晶粒粗大將使鍛件的塑性和 韌性降低，疲勞性能明顯下降。2. 晶粒不均勻晶粒不均勻是指鍛件某些部位的晶粒特別粗大，某些部位卻較小。產(chǎn)生晶粒不均勻的主要原因是坯料各處的變形不均勻使晶粒

2、破碎程度不一，或局部區(qū)域的變形程度落人臨界變形區(qū)，或高溫合金局部加工硬化，或淬火加熱時局部晶粒粗 大。耐熱鋼及高溫合金對晶粒不均勻特別敏感。 晶粒不均勻?qū)⑹瑰懠某志眯阅堋?疲勞性能明顯下降。3. 冷硬現(xiàn)象變形時由于溫度偏低或變形速度太快， 以及鍛后冷卻過快，均可能使再結(jié)晶 引起的軟化跟不上變形引起的強化 （硬化），從而使熱鍛后鍛件內(nèi)部仍部分保留 冷變形組織。這種組織的存在提高了鍛件的強度和硬度，但降低了塑性和韌性。 嚴重的冷硬現(xiàn)象可能引起鍛裂。4. 裂紋裂紋通常是鍛造時存在較大的拉應(yīng)力、切應(yīng)力或附加拉應(yīng)力引起的。裂紋發(fā) 生的部位通常是在坯料應(yīng)力最大、 厚度最薄的部位。如果坯料表面和內(nèi)部有微裂

3、 紋、或坯料內(nèi)存在組織缺陷，或熱加工溫度不當使材料塑性降低， 或變形速度過 快、變形程度過大，超過材料允許的塑性指針等，則在鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、 彎曲和擠壓等工序中都可能產(chǎn)生裂紋。5. 龜裂龜裂是在鍛件表面呈現(xiàn)較淺的龜狀裂紋。在鍛件成形中受拉應(yīng)力的表面（例 如，未充滿的凸出部分或受彎曲的部分） 最容易產(chǎn)生這種缺陷。引起龜裂的內(nèi)因 可能是多方面的：原材料合 Cu、Sn等易熔元素過多。高溫長時間加熱時， 鋼料表面有銅析出、表面晶粒粗大、脫碳、或經(jīng)過多次加熱的表面。燃料含硫 量過高，有硫滲人鋼料表面。6. 飛邊裂紋飛邊裂紋是模鍛及切邊時在分模面處產(chǎn)生的裂紋。 飛邊裂紋產(chǎn)生的原因可能 是：在模鍛操

4、作中由于重擊使金屬強烈流動產(chǎn)生穿筋現(xiàn)象。 鎂合金模鍛件切 邊溫度過低；銅合金模鍛件切邊溫度過高。7. 分模面裂紋分模面裂紋是指沿鍛件分模面產(chǎn)生的裂紋。 原材料非金屬夾雜多，模鍛時向 分模面流動與集中或縮管殘余在模鍛時擠人飛邊后常形成分模面裂紋。8. 折疊折疊是金屬變形過程中已氧化過的表層金屬匯合到一起而形成的。它可以是由兩股（或多股）金屬對流匯合而形成；也可以是由一股金屬的急速大量流動將 鄰近部分的表層金屬帶著流動，兩者匯合而形成的；也可以是由于變形金屬發(fā)生 彎曲、回流而形成；還可以是部分金屬局部變形，被壓人另一部分金屬內(nèi)而形成。 折疊與原材料和坯料的形狀、模具的設(shè)計、成形工序的安排、潤滑情況

5、及鍛造的 實際操作等有關(guān)。折疊不僅減少了零件的承載面積，而且工作時由于此處的應(yīng)力 集中往往成為疲勞源。9. 穿流穿流是流線分布不當?shù)囊环N形式。在穿流區(qū)，原先成一定角度分布的流線匯 合在一起形成穿流，并可能使穿流區(qū)內(nèi)、外的晶粒大小相差較為懸殊。穿流產(chǎn)生 的原因與折疊相似，是由兩股金屬或一股金屬帶著另一股金屬匯流而形成的，但穿流部分的金屬仍是一整體。穿流使鍛件的力學(xué)性能降低，尤其當穿流帶兩側(cè)晶 粒相差較懸殊時，性能降低較明顯。10. 鍛件流線分布不順鍛件流線分布不順是指在鍛件低倍上發(fā)生流線切斷、 回流、渦流等流線紊亂 現(xiàn)象。如果模具設(shè)計不當或鍛造方法選擇不合理，預(yù)制毛坯流線紊亂；工人操作 不當及模

6、具磨損而使金屬產(chǎn)生不均勻流動， 都可以使鍛件流線分布不順。流線不 順會使各種力學(xué)性能降低，因此對于重要鍛件，都有流線分布的要求。11. 鑄造組織殘留鑄造組織殘留主要出現(xiàn)在用鑄錠作坯料的鍛件中。 鑄態(tài)組織主要殘留在鍛件 的困難變形區(qū)。鍛造比不夠和鍛造方法不當是鑄造組織殘留產(chǎn)生的主要原因。鑄造組織殘留會使鍛件的性能下降，尤其是沖擊韌度和疲勞性能等。12. 碳化物偏析級別不符要求碳化物偏析級別不符要求主要出現(xiàn)于萊氏體工模具鋼中。 主要是鍛件中的碳 化物分布不均勻，呈大塊狀集中分布或呈網(wǎng)狀分布。 造成這種缺陷的主要原因是 原材料碳化物偏析級別差，加之改鍛時鍛比不夠或鍛造方法不當。 具有這種缺陷 的鍛件

7、，熱處理淬火時容易局部過熱和淬裂。制成的刃具和模具使用時易崩刃等。13. 帶狀組織帶狀組織是鐵素體和珠光體、鐵素體和奧氏體、鐵素體和貝氏體以及鐵素體 和馬氏體在鍛件中呈帶狀分布的一種組織，它們多出現(xiàn)在亞共折鋼、奧氏體鋼和半馬氏體鋼中。這種組織，是在兩相共存的情況下鍛造變形時產(chǎn)生的帶狀組織能 降低材料的橫向塑性指針，特別是沖擊韌性。在鍛造或零件工作時常易沿鐵素體 帶或兩相的交界處開裂。14. 局部充填不足局部充填不足主要發(fā)生在筋肋、凸角、轉(zhuǎn)角、圓角部位，尺寸不符合圖樣要 求。產(chǎn)生的原因可能是：鍛造溫度低，金屬流動性差；設(shè)備噸位不夠或錘擊 力不足；制坯模設(shè)計不合理，坯料體積或截面尺寸不合格；模膛中

8、堆積氧化 皮或焊合變形金屬。15. 欠壓欠壓指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大， 產(chǎn)生的原因可能是：鍛造溫度 低。設(shè)備噸位不足，錘擊力不足或錘擊次數(shù)不足。16. 錯移錯移是鍛件沿分模面的上半部相對于下半部產(chǎn)生位移。產(chǎn)生的原因可能是： 滑塊（錘頭）與導(dǎo)軌之間的間隙過大；鍛模設(shè)計不合理，缺少消除錯移力的 鎖口或?qū)е荒＞甙惭b不良。17. 軸線彎曲鍛件軸線彎曲，與平面的幾何位置有誤差。產(chǎn)生的原因可能是：鍛件出模 時不注意；切邊時受力不均；鍛件冷卻時各部分降溫速度不一； 清理與熱 處理不當。原材料的主要缺陷及其引起的鍛件缺陷(2007/07/05 11:24)鍛造用的原材料為鑄錠、軋材、擠材及鍛坯。而軋

9、材、擠材及鍛 坯分別是鑄錠經(jīng)軋制、擠壓及鍛造加工成的半成品。一般情況下，鑄 錠的內(nèi)部缺陷或表面缺陷的出現(xiàn)有時是不可避免的。例如，內(nèi)部的成分與組織偏析等。原材料存在的各種缺陷，不僅會影響鍛件的成形， 而且將影響鍛件的最終質(zhì)量。因此，千萬不可忽視原材料的質(zhì)量控制 工作。由于原材料的缺陷造成的鍛件缺陷通常有：1 表面裂紋表面裂紋多發(fā)生在軋制棒材和鍛制棒材上， 一般呈直線形狀，和 軋制或鍛造的主變形方向一致。造成這種缺陷的原因很多，例如鋼錠 內(nèi)的皮下氣泡在軋制時一面沿變形方向伸長， 一面暴露到表面上和向 內(nèi)部深處發(fā)展。又如在軋制時，坯料的表面如被劃傷，冷卻時將造成 應(yīng)力集中，從而可能沿劃痕開裂等等。這

10、種裂紋若在鍛造前不去掉， 鍛造時便可能擴展引起鍛件裂紋。2折疊折疊形成的原因是當金屬坯料在軋制過程中， 由于軋輥上的型槽 定徑不正確，或因型槽磨損面產(chǎn)生的毛刺在軋制時被卷入， 形成和材 料表面成一定傾角的折縫。對鋼材，折縫內(nèi)有氧化鐵夾雜，四周有脫 碳。折疊若在鍛造前不去掉，可能引起鍛件折疊或開裂。3. 結(jié)疤結(jié)疤是在軋材表面局部區(qū)域的一層可剝落的薄膜。結(jié)疤的形成是由于澆鑄時鋼液飛濺而凝結(jié)在鋼錠表面， 軋制時被 壓成薄膜，貼附在軋材的表面，即為結(jié)疤。鍛后鍛件經(jīng)酸洗清理，薄 膜將會剝落而成為鍛件表面缺陷。4. 層狀斷口層狀斷口的特征是其斷口或斷面與折斷了的石板、樹皮很相似。 層狀斷口多發(fā)生在合金鋼（

11、鉻鎳鋼、鉻鎳鎢鋼等），碳鋼中也有發(fā)現(xiàn)。這種缺陷的產(chǎn)生是由于鋼中存在的非金屬夾雜物、 枝晶偏析以及 氣孔疏松等缺陷，在鍛、軋過程中沿軋制方向被拉長，使鋼材呈片層 狀。如果雜質(zhì)過多，鍛造就有分層破裂的危險。層狀斷口越嚴重，鋼 的塑性、韌性越差，尤其是橫向力學(xué)性能很低，所以鋼材如具有明顯 的層片狀缺陷是不合格的。5. 亮線（亮區(qū)）亮線是在縱向斷口上呈現(xiàn)結(jié)晶發(fā)亮的有反射能力的細條線，多數(shù)貫穿整個斷口，大多數(shù)產(chǎn)生在軸心部分。亮線主要是由于合金偏析造成的。輕微的亮線對力學(xué)性能影響不 大，嚴重的亮線將明顯降低材料的塑性和韌性。6. 非金屬夾雜非金屬夾雜物主要是熔煉或澆鑄的鋼水冷卻過程中由于成分之 間或金屬與

12、爐氣、容器之間的化學(xué)反應(yīng)形成的。另外，在金屬熔煉和 澆鑄時，由于耐火材料落入鋼液中， 也能形成夾雜物，這種夾雜物統(tǒng) 稱夾渣。在鍛件的橫斷面上，非金屬夾雜可以呈點狀、片狀、鏈狀或 團塊狀分布。嚴重的夾雜物容易引起鍛件開裂或降低材料的使用性7. 碳化物偏析碳化物偏析經(jīng)常在含碳高的合金鋼中出現(xiàn)。 其特征是在局部區(qū)域 有較多的碳化物聚集。它主要是鋼中的萊氏體共晶碳化物和二次網(wǎng)狀 碳化物，在開坯和軋制時未被打碎和均勻分布造成的。 碳化物偏析將 降低鋼的鍛造變形性能，易引起鍛件開裂。鍛件熱處理淬火時容易局 部過熱、過燒和淬裂。制成的刀具使用時刃口易崩裂。8. 鋁合金氧化膜鋁合金氧化膜一般多位于模鍛件的腹板

13、上和分模面附近。在低倍 組織上呈微細的裂口，在高倍組織上呈渦紋狀，在斷口上的特征可分 兩類：其一，呈平整的片狀，顏色從銀灰色、淺黃色直至褐色、暗褐 色；其二，呈細小密集而帶閃光的點狀物。鋁合金氧化膜是熔鑄過程中敞露的熔體液面與大氣中的水蒸氣 或其它金屬氧化物相互作用時所形成的氧化膜在轉(zhuǎn)鑄過程中被卷人 液體金屬的內(nèi)部形成的。鍛件和模鍛件中的氧化膜對縱向力學(xué)性能無明顯影響， 但對高度 方向力學(xué)性能影響較大，它降低了高度方向強度性能，特別是高度方 向的伸長率、沖擊韌度和高度方向抗腐蝕性能。9. 白點白點的主要特征是在鋼坯的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白 色斑點，在橫向斷口上呈細小的裂紋。白點的大小不

14、一，長度由120mm或更長。白點在鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等合金鋼中常見，普通碳鋼中也有發(fā)現(xiàn)， 是隱藏在內(nèi)部的缺陷。白點是在氫和相變時的組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生 的，當鋼中含氫量較多和熱壓力加工后冷卻（或鍛后熱處理）太快時 較易產(chǎn)生。用帶有白點的鋼鍛造出來的鍛件，在熱處理時（淬火）易發(fā)生龜 裂，有時甚至成塊掉下。白點降低鋼的塑性和零件的強度，是應(yīng)力集 中點，它像尖銳的切刀一樣，在交變載荷的作用下，很容易變成疲勞 裂紋而導(dǎo)致疲勞破壞。所以鍛造原材料中絕對不允許有白點。10粗晶環(huán)粗晶環(huán)常常是鋁合金或鎂合金擠壓棒材上存在的缺陷。經(jīng)熱處理后供應(yīng)的鋁、鎂合金的擠壓棒材，在其圓斷面的外層常 常有粗晶環(huán)。粗晶環(huán)的厚度，由擠壓時的始端到末端是逐漸增加的。 若擠壓時的潤滑條件良好，則在熱處理后可以減小或避免粗晶環(huán)。 反 之，環(huán)的厚度會增加。粗晶環(huán)的產(chǎn)生原因與很多因素有關(guān)。但主要因素是由于擠壓過程 中金屬與擠壓筒之間產(chǎn)生的摩擦。這種摩擦致使擠出來的棒材橫斷面 的外表層晶粒要比棒材中心處晶粒的破碎程度大得多。 但是由于筒壁 的影響，此區(qū)溫度低，擠壓