8种锻件缺陷的主要特征及其产生原因

前言：不同的工艺可以产生不同形式的缺陷，但相同形式的缺陷也可以来自不同的工艺。 由于锻造缺陷产生的原因往往与原材料生产工艺、锻后热处理工艺等多种因素有关，因此在分析锻造缺陷产生原因时，不要孤立地进行。

1、原料造成的火焰不足

发丝裂纹（开裂）：

深度约0.5-1.5mm的毛细裂纹位于钢材表面。 钢材轧制时，钢锭内的皮下气泡被拉长而破裂。 如果在锻造前不去除，可能会导致锻件出现裂纹。

疤痕：

钢材表面有一层易局部剥落的薄膜，其厚度可达1.5μm左右。 锻造时不能焊接，会在锻件表面出现伤痕。 原因是浇注时，钢液飞溅并凝结在钢锭表面。 轧制时被压成薄膜，粘附在轧制材料表面，称为结疤。 锻后经酸洗、清理后，锻件表面结痂剥落，出现凹坑。

折痕（折叠）：

轧材端面直径两端出现方向相反的折痕。 折痕与圆的切线成一定角度。 折痕内有氧化夹杂，周围有脱碳。 这是因为轧制辊上的沟槽尺寸不正确，或轧制时沟槽磨损表面产生的毛刺被卷成褶皱。 如果在锻造前不去除，锻件的表面将会残留。

非金属夹杂物：

轧材纵截面上出现拉长或破碎但沿纵向断续分布的非金属夹杂物。 前者如硫化物，后者如氧化物和脆性硅酸盐。 主要是冶炼时金属、炉气、容器之间发生化学反应造成的； 另外，还有冶炼、浇注时耐火材料、砂子等落入钢水中造成的。

断裂面发达：

常出现在钢材的核心部位。 在断断的钢扣或断面上，有一些类似断石板、树皮的形状。 这种缺陷多出现在合金钢，特别是铬镍锏和铬镍钨钢中，在碳钢中也有发现。 钢中存在非金属夹杂物、枝晶偏析、气孔、气孔等缺陷，在锻造过程中沿纵向被拉长，导致钢断裂呈现片状。 层状断裂严重降低钢材的横向力学性能，锻造时易沿层状断裂。

成分隔离区：

某些合金结构钢，如40CrNiMoA、38CrMoAlA等锻件在纵向低倍观察中，沿流线方向出现与流线不同的条状或条状缺陷，且缺陷区域的显微硬度与流线明显不同。属于正常区域。 成分偏析带主要是原料生产过程中合金元素偏析造成的。 轻微的成分偏析带对力学性能影响不大。 严重的偏析会显着降低锻件的塑性和韧性。

亮条或带：

锻件表面或锻件加工表面出现长度不等的光亮条带。 大多数亮带沿锻件纵向分布。 这种缺陷主要出现在钛合金和高温合金锻件上。 由合金元素偏析引起。 钛合金锻件中的光亮条带大多属于低铝、低钒偏析区。 高温合金锻件中的光亮条多属于铬、钴等元素。 光亮条的存在降低了材料的塑性和韧性。

碳化物偏析等级不合格：

常出现在高速钢、高铬冷变形模具钢等含碳量较高的合金钢中。 其特点是局部区域积累较多裂纹，导致碳化物偏析超过允许标准。 这是由于开坯、轧制时钢中的莱氏体共晶碳化物没有充分破碎、均匀分离而造成的。 碳化物偏析严重，容易造成锻件过热、过烧或开裂。

白点：

坯料纵向断口上有圆形或椭圆形银白色斑点，横向断口上有细小裂纹。 白点大小不等，长度为1-20毫米或更长。 白点常见于合金结构钢，普通碳钢中也有。 这是由于钢中氢含量高，相变时组织应力大造成的。 大钢坯锻造后快速冷却时容易出现白点。 白点是隐藏在内部的裂纹，降低钢材的塑性和强度。 白点是应力集中点，在交变切削载荷作用下极易产生疲劳裂纹。

缩孔残留：

锻件低倍检查时，出现非计划的皱纹状间隙，看上去像裂纹，呈黑褐色或灰白色； 高倍检查时，缩孔残留物附近有大量非金属夹杂物，质脆，易剥落。 它是由于钢锭冒口部分产生的集中缩孔在开坯、轧制过程中未完全清除而残留在钢坯内部造成的。

铝合金挤压棒村上粗晶环：

铝合金挤压棒材经热处理后供货。 其截面外环出现粗晶，称为粗晶环。 粗晶环的厚度从挤压端开始到棒材末端逐渐增加。 这主要是由于铝合金中含有Mn、Cr等元素，挤压时金属与挤压筒壁的摩擦导致棒材表层发生严重变形。 具有粗晶环的毛坯在锻造过程中容易产生裂纹。 如果留在锻件上，零件的性能将会降低。

铝合金氧化膜：

低倍锻件上的氧化膜沿金属流线分布，呈黑色短线状。 在垂直于氧化膜纵向的断口上，氧化膜呈撕裂、分层状； 在平行于氧化膜纵向的断口上，氧化膜呈片状或小密点状。 模锻中的氧化膜在腹板或分型面附近很容易看到。 熔炼时未从铝液中除去的氧化物夹杂物在浇注过程中从表面滚入金属液中，并在挤压、锻造等变形过程中被拉长、变薄，形成氧化膜。 氧化膜对锻件纵向力学性能影响不大，但对横向尤其是短横向力学性能影响较大。 根据锻件类别和氧化膜标准进行比较，不合格的才予以报废。

2、冲裁造成的缺陷

斜角切割：

毛坯端面相对毛坯套筒线倾斜，超过允许规定值。 这是由于剪切时棒料压紧不严造成的。 斜切毛坯在镦粗时容易弯曲，模锻时定位困难，且容易产生折叠。

毛坯端部弯曲并有毛刺：

切割时，部分金属被带入剪刀间隙之间，形成锋利的毛刺，毛坯端部弯曲变形。 由于剪刀刀片间隙过大，或切削刃不锋利，造成毛坯毛刺，锻造时容易折叠。

毛坯的端部是凹的还是凸的：

坯料端面中心的金属被破坏，因而端面上出现凸起或凹陷。 原因是刀片之间的间隙太小，毛坯中心的金属不是被剪切而是被拉断，导致部分金属被拉断。 此类毛坯在锻造过程中容易产生折叠和裂纹。

端部裂纹：

主要发生在剪切大断面毛坯时。 这种裂纹在冷态剪切合金钢或高碳钢时也会出现。 这是由于材料硬度太高，剪切时刀片上的单位压力太大造成的。 锻造会使端部裂纹进一步扩大。

凸芯裂纹：

车床冲裁时，毛坯端面上常留有凸芯。 如果不去除，在锻造时可能会导致凸芯周围产生裂纹。 由于凸芯截面小，冷却快； 端面面积大，冷却慢，导致凸芯周围形成裂纹。

气割裂纹：

一般位于钢坯端面或端部，裂纹较粗糙。 这是由于气割前预热不充分，导致形成较大的热应力造成的。

砂轮切削裂纹：

当高温合金在冷态下用砂轮切削时，端面常常会出现裂纹。 这种裂纹有时只有在加热后才能用肉眼看到。 高温合金导热性差，砂轮切削产生的大量热量无法快速传导，使切削断面产生很大的热应力，甚至产生微裂纹。 受热时，再次产生较大的热应力，使微小裂纹扩展为肉眼可见的裂纹。

3、加热引起的缺陷

过热：

加热温度过高造成晶粒粗大的现象。 碳钢过热的特点是出现魏氏组织； 工模具钢的特点是含有一次碳化物，也有一些合金结构钢如!8Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A。 除了过热后晶粒粗大外，MuS还沿晶界析出。 对于后者，用普通的热处理方法不容易消除。 其原因是加热温度过高或时间过长，或因未考虑变形热效应的影响而过热，都会降低钢锻件的机械性能，特别是塑性和冲击刚度。 一般情况下，锻钢件过热可通过退火或正火消除。

“蟾蜍皮”表面：

铝合金及缸体合金毛坯表面在镦粗时会形成“蟾蜍皮”或皮肤状粗糙表面，严重时甚至会产生裂纹。 由于钢坯过热、晶粒粗大而引起。 晶环粗大的铝合金被损坏，镦粗时也会出现这种现象。

魏氏 α 相或 β 脆性：

(α+β)钛合金不良材料过热后，其显微组织特征是a相沿晶界和粗大的原始β晶粒的晶内析出粗条状。 晶体中析出的粗条状α相按一定方向排列，形成所谓的魏氏a相。 由于加热温度超过(α+β)钛合金的β相变温度，导致魏氏组织α相钛合金锻件的拉伸塑性指数显着降低。 这就是所谓的β跪热处理，不能消除β延展性。

锻钢件过烧：

过烧部位晶粒特别粗大，氧化严重，裂纹间表面呈浅灰蓝色。 碳钢和合金结构烧制后，晶界处会发生氧化和熔化。 工具和模具刚烧制后，由于熔化而在晶界处出现鱼骨状莱氏体。 由于炉温过高或钢坯在高温区停留时间过长造成。 炉内的氧沿晶界渗入晶粒，引起氧化或形成易熔氧化物共晶，破坏晶粒间的连接。

铝锻件过烧：

表面呈黑色或暗黑色，有时表面有鸡皮状气泡。 铝合金坯料过火后，显微组织中会出现晶界熔化、三角形晶界或重熔球。 只要其中一种现象存在，就是过热。 当铝合金坯料的加热温度过高时，强化相会熔化。 冷却后，在显微组织中可以看到特殊的形态，如加厚的晶界、三角形晶界或重熔球。

加热裂纹：

一般裂纹是沿着不良材料的横截面产生的，并且裂纹从中心向四周扩展。 这种裂纹多发生在高温合金、高合金钢锭和钢材受热不良时。 由于坯料尺寸较大，导热性能差，加热速度过快，导致坯料中心与表层温差较大，产生的热应力超过坯料强度。

铜脆：

锻钢件表面出现裂纹。 高倍检查显示铜沿晶界分布。 当钠材料在已加热铜材料的炉中加热时，容易出现这种缺陷。 留在炉中的氧化铜碎片在加热时被铁还原成游离铜。 熔融的铜原子在高温下沿奥氏体晶界扩散，削弱了晶粒之间的连接。

蔡样骨折：

钢锻件断口处出现一些像蔡晶一样的闪亮刻面。 这种填充缺陷在合金结构钢和高速钢中很容易出现。 这是由于加热温度过高或终锻温度高而变形量不够大造成的。 类萘断裂的本质是过热。 这会降低锻钢件的塑性和韧性。

石样骨折：

它是合金结构钢严重过热后出现的缺陷。 在调质状态下观察到石状断口，其特征是出现在纤维锥状断口基体上，并有一些特别金属的、水泥状的灰白色刻面。 它无法通过热处理消除，因此是不允许的缺焰。 加热温度过高，导致MnS大量溶解。 当钢中熔化的MnS冷却时，它在粗大的奥氏体晶界上极细的点处析出，削弱了晶界的结合力。 调质处理使钢的基体韧性增强，钢断裂时会沿奥氏体晶界断裂，从而在断口上形成一些暗淡的灰白色过热小水平面。 有石状断口的锻件应报废。

低倍粗晶：

低倍粗晶化是合金结构钢锻件过热的又一反映。 其特点是在锻件酸蚀低倍试件上，肉眼可见多边形晶粒。 在严重的情况下，这些多边形颗粒看起来像雪花。 形状。 过热的奥氏体晶界比较稳定，可以通过正常热处理消除。 再结晶仅在粗大的奥氏体晶粒内进行，并且在一个奥氏体晶粒内生成几个新的小晶粒。 由于小晶粒的晶界较薄或取向差不大，低倍下看到的仍是原始粗大的奥氏体晶粒，即低倍粗晶。

脱碳：

钢件表层磷含量明显低于内部，硬度值低于要求。 高倍组织表面的渗碳体量减少。 当高碳钢在氧化气氛中加热时，硅含量高的钢最容易发生脱碳。 钢表面的碳在高温下会被氧化。 脱碳层深度范围为0.01-0.6mm，取决于钢的成分、炉气的成分、温度和加热时间的长短。 脱碳降低零件的强度和疲劳性能，削弱耐磨性。

渗碳：

对于经油炉加热的锻件，表面或部分表面的碳含量显着增加，硬度增加。 渗碳层中碳的质量分数可达1%左右，有的地方甚至超过2%，导致莱氏体组织的出现，碳含量增加。 有的厚度达到1.5-1.6mm。 钢坯在油炉中加热时，两个喷嘴的喷射交叉区域不能充分燃烧，或喷嘴雾化不良而喷出油滴，造成锻件表面渗碳。 渗碳锻件切削时容易碰伤。

热量不足引起的心裂：

芯部裂纹常出现在不良材料的头部。 裂纹的深度与加热和锻造有关。 有时裂纹纵向贯穿整个钢坯。 是由于保温时间不够、心脏可塑性低造成的。 高温合金的导热性较差。 如果钢坯截面尺寸较大，应给予足够的保温时间。

4、锻造引起的缺陷

鼓腹表面纵向裂纹：

自由柔软时，由于拉应力的作用，毛坯胀形表面会产生不规则的纵向裂纹。 由于毛坯与砧座接触面的摩擦，产生不均匀变形，产生鼓胀。 如果一次炖的量太大，就会出现纵向裂纹。

石雨裂纹（纵向内部裂纹）：

这种裂纹常发生在低塑性高速钢、高铬钢的拉拔过程中。 裂纹沿锻件横截面对角分布，其轴向扩展深度变化。 在严重的情况下，它们可以穿透毛坯的整个长度。 在反复90°旋转和伸长的过程中。 如果交货时间过大，则最大交变剪切将发生在毛坯横截面的对角线上。 当剪应力超过材料的许用值时，就会沿对角线方向产生裂纹。

纵向带状裂纹：

主要发生在材料由圆形拉伸压制成方形时，或毛坯被拉长后拉出圆形时。 横截面中，裂纹呈条状出现在中部，裂纹沿纵向扩展的深度不同，这与锻造操作有关。 当毛坯用平砧压制或滚圆时，毛坯水平方向出现拉应力。 该拉伸应力沿着粗糙表面向中心增加，并在中心处达到最大值。 当超过材料强度时，就会形成纵向应力。 内部裂纹。

角裂：

拉出来后，坯料的四床被子都出现了零散的裂纹。 高速钢、高铬钢毛坯拉拔过程中经常出现角部裂纹。 不良材料拉成方形后，边、角部分温度下降，边与本体部分力学性能差异增大。 由于金属流动困难和拉应力而导致棱角开裂。

内部横向裂纹：

毛坯纵截面上沿高度方向出现条状裂纹。 高速钢、高铬钢坯拉拔时，如果喂入比小于0.5，就容易出现此类裂纹。 当拉拔时的进给比小于0.5时，不良材料的轴向就会产生拉应力。 当它超过毛坯薄弱点处材料的抗拉强度时，就会在该处产生横向裂纹。

冲孔裂纹：

冲孔边缘沿径向出现裂纹。 在冲切铬钢时更常发生。 是由于冲芯未预热、预热不足或一冲头变形过大造成的。

双相锻造裂纹：

锻造奥氏体、铁素体或半马氏体不锈钢坯料时，裂纹沿α相与γ相或强度较低的α相界面产生。 是由于α相过多（奥氏体和铁素体不锈钢中α相超过12%，半马氏体钢中α相超过10%）和加热温度过高造成的。

分型面裂纹：

模锻件沿塑性分型面出现裂纹，多在修整后出现。原材料有许多非金属夹杂物，残留缩孔或疏松，这是模锻时挤入分型面造成的。

穿筋：

L型、U型、H型截面模锻件的筋或凸台根部出现平行于分型面的裂纹。 由于不良材料太多，筋填充后，腹板上有很多多余的金属。 当模锻继续进行时，腹板上多余的金属猛烈地流向闪光接头，在筋根部产生很大的剪切应力。 当它超过金属的抑制强度时，就会形成强化。

剪切区：

在锻件的横向低倍放大镜下出现游走的细晶粒区域。 多出现在钛合金和低温锻造高温合金锻件中。 由于钛合金和高温合金对激冷高度敏感，在模锻过程中，接触面附近的耐火区逐渐扩大，导致耐火区边界处产生强烈的剪切变形。 结果形成较强的方向性，降低了锻件的性能。

乐队组织：

锻件中铁素体或其他基体相呈带状分布的组织。 多出现在亚共析钢、奥氏体-铁素体不锈钢和半马氏体钢中。 由于锻造变形是在两相共存时发生，降低了材料的横向塑性指数，容易沿铁素体带或两相间的过渡边界产生裂纹。

锻件流线分布不当：

锻件低倍时会出现流线断开、回流、涡流对流等流线混沌现象。 是由于模具设计不当、毛坯尺寸和形状不合理、锻造方法选择不当等造成的。

折叠：

折叠类似于外面的裂缝。 在低倍试件上，折叠的外流线弯曲，如果有裂纹，则流线被切断。 高倍试件上，裂纹底部尖锐锐利，折痕底部圆钝，两侧氧化严重。 当已氧化的表面金属在锻造过程中聚集在一起时，就会形成折叠。 自由锻件上的折叠主要是由于干拔时交货时间太短、压下量太大或砧半径太小造成的； 模锻件的折叠主要是由模锻过程中金属的对流引起的。 由地层或回流引起。

颗粒不均匀：

锻件某些部位晶粒特别粗大，而另一些部位则较小，造成晶粒不均匀。 耐热钢和高温合金对不均匀晶粒特别敏感。 始锻温度过高，变形量不足，导致局部区域变形程度陷入临界变形； 或终锻温度太低，造成高温合金坯料局部加工硬化，淬火加热时该部位晶粒长大严重。 晶粒不均匀会导致耐久性和疲劳性能下降。

铸件结构残留：

如果保留铸造组织，则锻件的延伸率和疲劳强度往往不合格。 在低倍标本上，剩余铸件结构的流线不明显。 甚至可以看到树突。 主要出现在以钢锭为毛坯的锻件中。 由于锻造比不够大或锻造方法不当，这种缺陷导致锻件的性能下降，特别是冲击韧性和疲劳性能。

局部填充不足：

锻件凸部顶部或边缘填充不足的现象主要发生在模锻件的筋、肩角处，使锻件轮廓不清晰。 毛坯加热不足、金属流动性差、预锻模和制坯模设计不合理、设备吨位小等都可能造成这种缺陷。

模锻不足：

锻件垂直于分型面方向的所有尺寸均增大，即超过图纸规定的尺寸。 这种缺陷最容易出现在锤模锻件上。 造成压力不足的原因可能是飞边桥阻力过大、设备吨位不足、毛坯体积或尺寸过大、锻造温度过低、模孔磨损过大等。

错误：

模锻件的上半部相对于下半部沿分界面具有铕位置。 锻模安装不正确或锤头与导轨间隙过大； 或者锻模上没有平衡锤位置的锁或导柱。

表面鱼状疤痕：

模锻件局部表面非常粗糙，出现鱼鳞状伤痕。 这种表面缺陷最有可能在锻造奥氏体和马氏体不锈钢时出现。 是由于润滑剂选择不当、润滑剂质量不良或润滑剂涂抹不均匀，造成局部粘模而引起的。

5、修边造成的缺陷

修剪裂缝：

切削刃时，在分割面处会出现裂纹。 由于材料的塑性较低，在修边时会出现开裂现象。 镁合金模锻件修整温度过低就会产生此类裂纹； 如果铜合金模锻件的修边温度过高，就会产生此类裂纹。

残留毛刺：

修整后，模锻件分型面周围会留下大于0.5mm的毛刺。 如果修整后需要修正，则剩余的毛刺将被压入锻件体内，形成折叠。 修边模间隙过大、刃口过度磨损或修边模安装调整不准确都会造成残留毛刺。

表面碰伤：

模锻件与冲头的局部接触面上出现压痕或碰伤。 这是由于凸膜形状与模具与模件接触面不匹配，或推料面太小造成的。

弯曲或扭曲变形：

横向锻件切边时的弯曲或扭转变形。 在细长、扁平、形状复杂的模锻件上容易发生。 这是由于切边冲头锻件接触面过小或熔合不均匀造成的。

6、锻后冷却不当造成的缺陷

冷却裂纹：

裂纹光滑而长，有时呈网状裂纹。 高倍观察：裂纹附近出现马氏体组织，无塑性变形痕迹。 主要发生在马氏体钢锻件上。 由于锻后快速冷却，产生较大的热应力和组织应力。 在200℃左右的砂坑或炉渣中缓慢冷却可以防止此类裂纹。

冷却变形：

大型、薄壁、细肋框架构件在锻后冷却过程中会发生翘曲变形。 由锻造过程中产生的残余应力和不均匀冷却引起的应力相互作用引起。 锻造后立即退火可以防止这种缺陷。

475℃脆性裂纹：

铁素体不锈钢锻造后冷却太慢，在400-520℃温度范围停留时间太长，导致表面裂纹。 由于在400-520℃停留时间过长，会析出某种特殊物质，产生脆性。 400-520℃快速冷却可防止裂纹。

网状碳化物：

碳化物沿晶界呈网状析出，降低了锻件的塑性和韧性。 这种缺陷常见于含碳量较高的锻钢件中。 由于凝固后冷却缓慢，碳化物可以沿晶界折叠出来。 这使得锻件在淬火时容易产生裂纹，使零件的性能恶化。

7. Defects caused by heat treatment after forging

Hardness is too high:

When the hardness of forgings is checked after heat treatment, the measured hardness is higher than required by the technical conditions. It is caused by cooling too fast after normalizing or the chemical composition of the steel being unqualified.

Hardness is low:

The hardness of forgings is lower than required by technical conditions. It is caused by low quenching temperature, high tempering temperature, or severe decarburization of the surface layer caused by repeated heating.

Uneven hardness (soft spots):

The hardness of different parts on the same forging varies greatly, and the hardness in some places is low. It is caused by too much drying being loaded into the furnace at one time, the holding time being too short, or severe local decarburization.

Deformation:

During heat treatment, especially during quenching, forgings undergo deformation. Caused by unreasonable heat treatment process and improper cooling method.

Quenching crack:

Cracking occurs at stress concentration locations such as sharp corners of forgings. Unlike forging cracks, there is no oxidation or decarburization on the inner wall surface of quenching cracks. It is caused by defects such as lack of preliminary heat treatment, too high quenching temperature, too fast cooling rate and inclusions inside the forging.

Black fracture:

The fracture surface is dark gray or almost black. In the microstructure, there are cotton-like graphite distributed on uneven spherical pearlite. Mostly found in high carbon tool steel forgings. It is caused by the long post-forging annealing time or multiple annealing treatments, which promotes the graphitization process of the steel and the precipitation of graphitic carbon.

8. Defects caused by forgings during cleaning process

Excessive corrosion:

Pockets or pits appear on the surface of forgings, which are porous in shape. It is caused by the deterioration of the pickling solution, the pickling time is too long, or there is acid residue on the forgings.

Corrosion cracks:

It mostly appears on martensitic stainless steel forgings. It is characterized by fine network cracks on the surface of the forgings, and the cracks expand along the grain boundaries in the microstructure. Since the residual stress on the forgings after forging was not eliminated in time, stress corrosion occurred during the pickling process, resulting in the formation of cracks.

Local overheating cracks:

Cracks that appear when cleaning the surface with a grinding wheel. It is easy to occur on ferritic stainless steel forgings. Caused by local overheating caused by grinding with a grinding wheel. An air shovel can be used instead to clean up surface defects.

结尾

Introduction to WeChat groups related to chemical equipment

I have created more than a hundred WeChat groups related to chemical equipment, including special inspection institutes; pressure vessel design, review, analysis, manufacturing processes, and welding processes; dynamic equipment pumps, valves, compressors, and instruments;

Over-control students, non-destructive testing, quality assurance, procurement and sales; chemical process, pipeline, LNG, low temperature, ASME, PVELITE; examination and audit pure learning group, audit continuing education group and regional groups, divided into Shandong, Jiangsu, Zhejiang, Beijing , Shanghai, Tianjin; there are also groups in Northeast District, Southwest District, Central China District, Northwest District, South China District, and North China District.

Adding group method