锻造对金属组织|性能的影响与锻件缺陷 (锻造对金属组织和性能的影响)

锻件缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。一些锻件缺陷会影响后续工艺的加工质量，另一些则会严重影响锻件的性能，缩短所制成品件的使用寿命，甚至危及安全。因此，为了提高锻件质量，避免锻件缺陷的产生，应采取相应的工艺对策，同时还应加强生产全过程的质量控制。

一、锻造对金属组织和性能的影响

在锻造生产中，除了必须保证锻件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，主要包括：强度指针、塑性指针、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度和抗应力腐蚀性能等，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。

锻造用的原材料是铸锭、轧材、挤材和锻坯。而轧材、挤材和锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工后形成的半成品。锻造生产中，采用合理的工艺和工艺参数，可以通过下列几方面来改善原材料的组织和性能：

1. 打碎柱状晶，改善宏观偏析，把铸态组织变为锻态组织，并在合适的温度和应力条件下，焊合内部孔隙，提高材料的致密度；
2. 铸锭经过锻造形成纤维组织，进一步通过轧制、挤压、模锻，使锻件得到合理的纤维方向分布；
3. 控制晶粒的大小和均匀度；

4. 改善第二相（例如：莱氏体钢中的合金碳化物）的分布；
5. 使组织得到形变强化或形变相变强化等。

由于上述组织的改善，使锻件的塑性、冲击韧度、疲劳强度及持久性能等也随之得到了提高，然后通过零件的最后热处理就能得到零件所要求的硬度、强度和塑性等良好的综合性能。

但是，如果原材料的质量不良或所采用的锻造工艺不合理，则可能产生锻件缺陷，包括表面缺陷、内部缺陷或性能不合格等。

二、原材料对锻件质量的影响

原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件，如原材料存在缺陷，将影响锻件的成形过程及锻件的最终质量。如原材料的化学元素超出规定的范围或杂质元素含量过高，对锻件的成形和质量都会带来较大的影响，例如：S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相，使锻件易出现热脆。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，例如Al酸0．02％～0．04％（质量分数）。含量过少，起不到控制晶粒长大的作用，常易使锻件的本质晶粒度不合格；含铝量过多，压力加工时在形成纤维组织的条件下易形成木纹状断口、撕痕状断口等。又如，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，锻造时愈易形成带状裂纹，并使零件带有磁性。

如原材料内存在缩管残余、皮下起泡、严重碳化物偏析、粗大的非金属夹杂物（夹渣）等缺陷，锻造时易使锻件产生裂纹。原材料内的树枝状晶、严重疏松、非金属夹杂物、白点、氧化膜、偏析带及异金属混人等缺陷，易引起锻件性能下降。原材料的表面裂纹、折叠、结疤、粗晶环等易造成锻件的表面裂纹。

三、锻造工艺过程对锻件质量的影响

锻造工艺过程一般由以下工序组成，即下料、加热、成形、锻后冷却、酸洗及锻后热处理。锻造过程中如果工艺不当将可能产生一系列的锻件缺陷。

加热工艺包括装炉温度、加热温度、加热速度、保温时间、炉气成分等。如果加热不当，例如加热温度过高和加热时间过长，将会引起脱碳、过热、过烧等缺陷。对于断面尺寸大及导热性差、塑性低的坯料，若加热速度太快，保温时间太短，往往使温度分布不均匀，引起热应力，并使坯料发生开裂。

锻造成形工艺包括变形方式、变形程度、变形温度、变形速度、应力状态、工模具的情兄和润滑条件等，如果成形工艺不当，将可能引起粗大晶粒、晶粒不均、各种裂纹、折叠。寒流、涡流、铸态组织残留等。锻后冷却过程中，如果工艺不当可能引起冷却裂纹、白点、网状碳化物等。

四、锻件组织对最终热处理后的组织和性能的影响

奥氏体和铁素体耐热不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金等在加热和冷却过程中，没有同素异构转变，由于锻造工艺和冷却条件的不同产生不同类型的组织形态。锻后组织形貌尺寸对最终热处理后组织和性能的影响有很大的关系。例如，奥氏体不锈钢锻造后急冷得到的马氏体组织，淬火后硬度较高而塑性低；而锻造后缓冷得到的奥氏体组织，淬火后硬度较低而塑性较高。又如，铝合金锻造后急冷得到的固溶体组织，时效后强度较高而伸长率较低；而锻造后缓冷得到的固溶体组织，时效后强度较低而伸长率较高。

五、锻件质量检验

锻件质量检验包括外观检验、尺寸检验、性能检验和无损检验等内容。

外观检验是锻件质量检验的第一步，主要检查锻件的表面质量，包括锻件的外形、尺寸、表面缺陷等。尺寸检验是对锻件的几何尺寸进行检查，主要检查锻件的尺寸精度、形状公差、表面粗糙度等。性能检验是对锻件的力学性能进行检查，主要检查锻件的强度、硬度、韧性、疲劳强度等。无损检验是对锻件的内部质量进行检查，主要检查锻件的内部缺陷，例如裂纹、缩孔、夹杂物等。

六、锻件质量分析

锻件质量分析是找出锻件缺陷产生的原因并提出改进措施的过程。锻件质量分析一般按以下几个步骤进行：

1. 收集相关资料：收集锻件的缺陷情况、生产工艺、原材料质量等相关资料；
2. 分析缺陷原因：根据收集的资料，分析锻件缺陷产生的原因，可能是原材料质量不良、锻造工艺不当或热处理工艺不当；
3. 提出改进措施：针对锻件缺陷产生的原因，提出改进措施，例如更换原材料、优化锻造工艺或调整热处理工艺；
4. 验证改进效果：实施改进措施后，对锻件进行检验，验证改进效果；
5. 总结经验教训：对锻件质量分析的结果进行吸取经验教训，避免类似缺陷的再次发生。

通过对锻件缺陷的产生原因和改进措施进行分析，可以有效提高锻件质量，满足零件在使用过程中所提出的性能要求。