一-、鍛造過程質量控制教學內容

1、一 、鍛造過程質量控制1,鍛造 什么叫做鍛造：在加壓設備及工（模具）的作用下，使坯料產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定的幾何形狀，形狀和質量的鍛件的加工方法稱為鍛造. 鍛造的分類： 自由鍛造只用簡單的通用性工具，或在鍛造設備上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件 .模鍛利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法. 自由鍛造的方法鐓粗 ：使毛坯高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序.局部鐓粗 ：在坯料上某一部分進行的鐓粗.鐓粗的過程控制:1.為了防止鐓粗時產生縱向彎曲,圓柱體坯料的高度與直徑之比不應超過2.5-3, 且鐓粗前坯料端面應平整線垂直 . 鐓粗時要把坯料圍繞著軸心線不斷轉

2、動坯料發(fā)生彎曲時必須立即矯正。芯棒拔長：,并與軸心它是在空心毛坯中加芯棒進行拔長以減小空心處徑（壁厚）而增加其長度的鍛造工序，用于鍛造長筒類鍛件芯棒拔長的過程控制:.1.芯棒拔長都應以六角形為主要變形階段即圓六角圓,芯棒拔長應盡可能在V型下砧或110下槽中進行 .2.翻轉角度要準確,打擊量在均勻,發(fā)現(xiàn)有壁厚不均勻及兩端面過度歪斜現(xiàn)象,應及時把芯棒抽出 ,用矯正鐓粗法矯正毛坯.3.芯棒加工應有1/100 2/100 日錐度 .拔長： 使毛坯橫斷面積減小，長度增加的鍛造工序 .拔長鍛造工藝參數(shù)的選擇就是要在保證質量的前提下提高效率1. 每次錘擊的壓下量應小于坯料塑性所允許的數(shù)值，并避免產生折疊，因

3、此每次壓縮后的鍛件寬度與高度之比應小于 22.5，b/h 22.5，否則翻轉 90再鍛造時容易產生彎曲和折疊。2.每次送進量與單次壓下量之比應大于11.5，即 L/ h/2 11.5 生產中一般采用L=(0.60.8) h (h為坯料高度 )。如圖3. 為保證得到平滑的表面質量，每次送進量應小于（ 0.750.8 ） B(B 為砧寬 )要避免在鍛件的同一變形位置反復錘擊。4. 方形坯料的對角線倒棱形錘擊時 ,應打擊得輕一些可加大送進量（和砧寬相等）減小壓下量。避免中心部位產生裂紋。5. 防止端部產生內凹和夾層，拔長坯料端部時，坯料端部應留出足夠的長度或鍛成圓鼓形。如圖園形斷面方形斷面當B/H

4、1.5 時，A 0.4B當 B/H 1.5 時， A 0.5BA0 3D6. 為了提高生產率和保證鍛件質量，撥長過程應以方形斷面為主，如果坯料原始截面為圓形，最終斷面也是圓形，應按圓形方形八角形圓形的順序進行撥長，并以方形撥長為主要變形階段。也可采用型砧撥長，生產效率更高 .7.上下砧的邊緣應作出適當圓角，防止表面夾層.8. 對長坯料應從中間向面端撥長，可將疏松和偏折區(qū)擠到頂部去。短坯料可從一端開始撥長，向前推進9.為保證鍛件質量,避免出現(xiàn)折紋 ,每次送進后的打擊壓下量不能太大,應使單邊壓下量H/2 小于送進量H 1.L 即 2L/如圖沖孔：在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造工序。沖孔要求 :1.

5、實心沖子沖孔，沖孔坯料尺寸應符合以下條件，以避免沖孔發(fā)生當 Do d1 5 時,可取 Ho=H當 Do d1 5 時,應取 Ho= （ 1.1-1.2） H“走樣 ”、裂紋和孔沖偏等質量問題。如圖所示：2.沖孔前坯料必須鐓粗，使端面平整、高度減小直徑增大.3.沖子必須放正，打擊方向應和沖頭端面垂直.4.在沖子的沖孔內應撒上煤末或木炭粉，以便取出沖頭.5.在沖孔過程中要不斷地移動沖頭并且讓坯料繞軸心線傳動，以避免孔位置偏斜6.沖頭要經常在水中冷卻.擴孔： 減小空心毛坯壁厚而增加其內、外徑的鍛造工序。沖頭擴孔： 是利用沖頭錐面引起的徑向分力而進行擴孔的一種方法。沖頭擴孔應注意以下幾方面1.沖頭擴孔

6、時，由于坯料切向受拉應力，容易脹裂，每次擴孔量不宜太大。如圖：2.沖孔擴孔時坯料的高度尺寸：H1=1.05H(H1 為擴孔前坯料3.為防止內孔脹裂，每次擴孔量不宜太大每次沖孔后允許擴孔加熱，每次加熱一次允許擴孔23 次.H 為擴孔后高度).12 次一般取2040mm當需要多次擴孔時應中間4.馬架擴孔時，芯軸應隨孔徑的擴大而逐步更換，芯軸直徑應盡量可能選大.二、鍛件缺陷分類為了保證質量，對于金屬鍛件，必須進行質量檢驗。對檢驗出有缺陷的鍛件，根據使用要求（檢驗標準）和缺陷的程度，確定其合格、報廢或經過修補后使用。鍛件缺陷分類的方法很多，下面介紹比較實用的兩種分類方法：1，鍛件缺陷表現(xiàn)形式分類鍛件的

7、缺陷如按其表現(xiàn)形狀來區(qū)分，可分為外部的、內部的、和性能的三種。外部缺陷如幾何尺寸和形狀不符合要求，表面裂紋，折迭、缺肉、錯差、模鍛不足、表面麻坑、表面氣泡和桔皮狀表面。這類缺陷顯露在鍛件的外表面上，比較容易發(fā)現(xiàn)或觀察到。內部缺陷又可以細分為低倍缺陷和顯微缺陷兩類。前者如內裂、縮孔、疏松、白點、鍛造流紋紊亂、偏析、粗晶、石狀斷口、異金屬夾雜等；后者如脫碳、增碳、帶狀組織、鑄造組織殘留和碳化物偏析不符合要求等，內部缺陷存在于鍛件的內部，原因復雜，不易辨認，常常給生產造成較大的困難。反映在性能方面的缺陷，如溫室強度、塑性、韌性或疲勞性能等不符合；或者高溫瞬時強度，持久強度、持久塑性、蠕變強度不符合要

8、求等。性能方面的缺陷，只有在進行了性能試驗之后，才能確切知道。值得注意的是，外部、內部和性能方面的缺陷這三者之間，常常有不可分割的聯(lián)系。例如，過熱和過燒表現(xiàn)于外部為裂紋的形式；表現(xiàn)于內部則為晶粒粗大或脫碳，表現(xiàn)的性能方面則為塑性和韌性和降低。因此，為了準確確定鍛件缺陷的原因，除了必須辨明它們的形態(tài)和特征之外，還應注意拭出它們之間的內在聯(lián)系。按生產缺陷的工序或過程分類鍛件缺陷按其產生于那個過程來區(qū)分，可分為：原材料生產過程產生的缺陷、鍛造過程產生的缺陷和熱處理過程產生的缺陷。按照鍛造過程中各工序的順序，還可將鍛造過程中產生的缺陷，細分為以下幾類：由下料產生的缺陷；由加熱產生的缺陷；由鍛造產生的缺

9、陷；由冷卻產生的缺陷和由清理產生缺陷等。不同的工序可以產生形式的缺陷，但是，同一種形式的缺陷也可以來自不同的工序。由于產生鍛件缺陷的原因往往與原材料生產過程和鍛造熱處理過程有關。三、引發(fā)鍛件缺陷的主要原因造一、原材料的主要缺陷及其引起的鍛件缺陷鍛造用的原材料為鑄錠、軋材、擠材及鍛坯。而軋材、擠材及鍛坯分別是鑄錠經軋制、擠壓及鍛造加工成的半成品。一般情況下，鑄錠的內部缺陷或表面缺陷的出現(xiàn)有時是不可避免的。例如，內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量。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

10、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， 冷卻時將造成應力集中， 從而可能沿劃痕開裂等等。 這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.結疤結疤是在軋材表面局部區(qū)域的一層可剝落的薄膜。結疤的形成是由于澆鑄時鋼液

11、飛濺而凝結在鋼錠表面，軋制時被壓成薄膜，貼附在軋材的表面，即為結疤。鍛后鍛件經酸洗清理，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（鉻鎳鋼、鉻鎳鎢鋼等） ，碳鋼中也有發(fā)現(xiàn)。這種缺陷的產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)結晶發(fā)亮的有反射能力的細條線，多數(shù)貫穿整個斷口，大

12、多數(shù)產生在軸心部分。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爐氣、容器之間的化學反應形成的。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能。7.碳化物偏析碳化物偏析經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狀碳化物， 在開坯和軋制時未被打碎和均勻分布

13、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。加熱工藝不當常產生的缺陷1.脫碳脫碳是指金屬在高溫下表層的碳被氧化，使得表層的含碳量較內部有明顯降低的現(xiàn)象。脫碳層的深度與鋼的成分、爐氣的成分、溫度和在此溫度下的保溫時間有關。采用氧化性氣氛加熱易發(fā)生脫碳，高碳鋼易脫碳，含硅量多的鋼也易脫碳。脫碳使零件的強度和疲勞性能下降，磨損抗力減弱。2.增碳經油爐加熱的鍛件， 常常在表面或部分表面發(fā)生增碳現(xiàn)象。有時增碳層厚度達 1.5 1.6mm，增碳層的含碳量達1（質量分數(shù)）左右，局部點含碳量甚至超過2（質量分數(shù)） ，出現(xiàn)萊氏

14、體組織。這主要是在油爐加熱的情況下，當坯料的位置靠近油爐噴嘴或者就在兩個噴嘴交叉噴射燃油的區(qū)域內時，由于油和空氣混合得不太好，因而燃燒不完全，結果在坯料的表面形成還原性的滲碳氣氛，從而產生表面增碳的效果。增碳使鍛件的機械加工性能變壞，切削時易打刀。3.過熱過熱是指金屬坯料的加熱溫度過高，或在規(guī)定的鍛造與熱處理溫度范圍內停留時間太長，或由于熱效應使溫升過高而引起的晶粒粗大現(xiàn)象。碳鋼（亞共析或過共析鋼）過熱之后往往出現(xiàn)魏氏組織。馬氏體鋼過熱之后，往往出現(xiàn)晶內織構，工模具鋼往往以一次碳化物角狀化為特征判定過熱組織。鈦合金過熱后，出現(xiàn)明顯的相晶界和平直細長的魏氏組織。合金鋼過熱后的斷口會出現(xiàn)石狀斷口或

15、條狀斷口。過熱組織，由于晶粒粗大，將引起力學性能降低，尤其是沖擊韌度。一般過熱的結構鋼經過正常熱處理（正火、淬火）之后，組織可以改善，性能也隨之恢復，這種過熱常被稱之為不穩(wěn)定過熱；而合金結構鋼的嚴重過熱經一般的正火（包括高溫正火） 、退火或淬火處理后，過熱組織不能完全消除，這種過熱常被稱之為穩(wěn)定過熱。4.過燒過燒是指金屬坯料的加熱溫度過高或在高溫加熱區(qū)停留時間過長，爐中的氧及其它氧化性氣體滲透到金屬晶粒間的空隙，并與鐵、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶體，破壞了晶粒間的聯(lián)系，使材料的塑性急劇降低。過燒嚴重的金屬，撤粗時輕輕一擊就裂，拔長時將在過燒處出現(xiàn)橫向裂紋。過燒與過熱沒有嚴格的溫度界

16、線。一般以晶粒出現(xiàn)氧化及熔化為特征來判斷過燒。對碳鋼來說， 過燒時晶界熔化、嚴重氧化工模具鋼（高速鋼、Cr12 型鋼等）過燒時，晶界因熔化而出現(xiàn)魚骨狀萊氏體。鋁合金過燒時出現(xiàn)晶界熔化三角區(qū)和復熔球等。鍛件過燒后，往往無法挽救，只好報廢。5.加熱裂紋在加熱截面尺寸大的大鋼錠和導熱性差的高合金鋼和高溫合金坯料時，如果低溫階段加熱速度過快，則坯料因內外溫差較大而產生很大的熱應力。加之此時坯料由于溫度低而塑性較差，若熱應力的數(shù)值超過坯料的強度極限，就會產生由中心向四周呈輻射狀的加熱裂紋，使整個斷面裂開。鍛造工藝不當常產生的缺陷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

17、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；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。晶粒不均勻將使鍛件的持久性能、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， 均可能使再結晶引起的軟化跟不上變形引起的強化 （硬化）

18、，從而使熱鍛后鍛件內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力、切應力或附加拉應力引起的。裂紋發(fā)生的部位通常是在坯料應力最大、厚度最薄的部位。如果坯料表面和內部有微裂紋、或坯料內存在組織缺陷，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，則在撤粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲和擠壓等工序中都可能產生裂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）最容易產生這種缺陷。引起龜裂的內因可能是多方

19、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生的裂紋。飛邊裂紋產生的原因可能是：在模鍛操作中由于重擊使金屬強烈流動產生穿筋現(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

20、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而形成。折疊與原材料和坯料的形狀、模具的設計、成形工序的安排、潤滑情況及鍛造的實際操作等有關。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力集中往往成為疲勞源。9.局部充填不足局部充填不足主要發(fā)生在筋肋、凸角、轉角、圓角部位，尺寸不符合圖樣要求。產生的原因可能是：鍛造溫度低，金屬流動性差；設備噸位不夠或錘擊力不足；制坯模設計不合理，坯料體積或截面尺寸不合格；模膛中堆積氧化皮或焊合變形金屬。10.欠壓欠壓指垂直于分模面方向的尺寸普

21、遍增大，產生的原因可能是：鍛造溫度低。設備噸位不足，錘擊力不足或錘擊次數(shù)不足。11.錯移錯移是鍛件沿分模面的上半部相對于下半部產生位移。產生的原因可能是：滑塊（錘頭）與導軌之間的間隙過大；鍛模設計不合理，缺少消除錯移力的鎖口或導柱；模具安裝不良。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。鍛件缺陷的主要特征及產生原因1.偏心主要特征:對多臺階齒軸鍛件表現(xiàn)為各直徑段中心不一致，對齒輪類鍛件表現(xiàn)為內外孔中心偏移產生原因 :1.加熱溫度不勻2.鍛造工藝或操作不當3.沖孔前沖子沒放正2.彎曲主要

22、特征:齒軸鍛件的中心線彎曲變形產生原因:1.鍛造矯直不當2.熱處理操作不當3.端面不平主要特征:圈類及餅類鍛件端面變形產生原因:1.鍛造工藝或操作不當2.熱處理操作不當4.折疊主要特征:在外觀上與裂紋相似，實際上是金屬流線產彎曲產生原因:1.砧子圓角不合適2.送進量小于壓下量5.表面橫向裂紋主要特征:橫向較淺裂紋產生原因:1.鋼錠皮下氣泡暴露于表面不能焊合2.拔長時相對送進量過大6.表面縱向裂紋主要特征:第一和拔長時或鐓粗時出現(xiàn)的沿鋼錠縱向出現(xiàn)的裂紋產生原因:1.鋼錠模內壁有缺陷，新鋼錠模使用前熱處理不當2.鋼水澆鑄操作不當3.鋼錠脫模后冷卻不當4.倒棱時壓下量過大7.表面龜裂主要特征:鍛件表

23、面出現(xiàn)龜甲狀較淺裂紋產生原因:1.鋼中銅、錫、砷、碳含量過高2.始鍛溫度過高8.內部裂紋主要特征:裂紋出現(xiàn)于鍛件中心區(qū)域產生原因:1.加熱未燒透，內部溫度過低2.在平砧上拔長圓形件3.V 型砧角度過大9.縮孔殘余主要特征:在低被試片上呈不規(guī)則褶皺狀縫隙，為深褐色或灰白色產生原因:1.錠模設計不合理，澆鑄過程控制不當2.鍛造時切頭不足10.過熱、過燒與溫度不均勻加熱溫度過高或高溫停留時間過長時易引起過熱、過燒。過熱使材料的塑性與沖擊韌性顯著降低。過燒時材料的晶界劇烈氧化或者熔化，完全失去變形能力。當加熱溫度分布嚴重不均勻，表現(xiàn)為鍛坯內外、正反面、沿長度溫差過大，在鍛造時引起不均變形，偏心鍛造等缺陷，亦稱欠熱。過熱過燒圖片（ 1）是鋼鍛坯過熱組織， 因加熱溫度太高引起的過熱特征。 試樣用 10（體積分數(shù)） 硝酸水溶液和 10（體積分數(shù)）硫酸水溶液腐蝕，金相顯微鏡（ LM ）觀察，晶粒粗大，晶界呈黑色，基體灰白色，顯示為過熱特征。圖片（ 2）所示為軸承鋼 GCr15SiMn 鍛件過燒引起的裂紋，晶界上有熔化痕跡及低熔點劇相，裂紋沿晶界擴展。試樣用 4（體積分數(shù)）硝酸酒精溶液侵蝕后呈黑色晶界，明顯燒壞，鍛坯過燒報廢 采取措施l ）嚴格執(zhí)行正確的加熱規(guī)范；2）注意裝爐方式，防止局部加熱；3）調準測溫儀表，精心加熱操作，控制爐溫、爐氣