材料選擇對(duì)鍛件缺陷產(chǎn)生的常見問題分析

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(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(shí)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(huì)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(shí)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(shí)，坯料的表面如被劃傷，冷卻時(shí)將造成應(yīng)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(shí)便可能擴(kuò)展引起鍛件裂紋。

2.折疊

折疊形成的原因是當(dāng)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(shí)被卷入，形成和材料表面成一定傾角的折縫。對(duì)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(shí)鋼液飛濺而凝結(jié)在鋼錠表面，軋制時(shí)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(huì)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(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(xiǎn)。層狀斷口越嚴(yán)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(xì)條線，多數(shù)貫穿整個(gè)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(duì)力學(xué)性能影響不大，嚴(yán)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(xué)反應(yīng)形成的。另外，在金屬熔煉和澆鑄時(shí)，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(diǎn)狀、片狀、鏈狀或團(tuán)塊狀分布。嚴(yán)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(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(shí)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(shí)容易局部過熱、過燒和淬裂。制成的刀具使用時(shí)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上和分模面附近。在低倍組織上呈微細(xì)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(xì)小密集而帶閃光的點(diǎn)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(shí)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(duì)縱向力學(xué)性能無明顯影響，但對(duì)高度方向力學(xué)性能影響較大，它降低了高度方向強(qiáng)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(diǎn)

白點(diǎn)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(diǎn)，在橫向斷口上呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)的大小不一，長度由1～20mm或更長。

白點(diǎn)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(diǎn)是在氫和相變時(shí)的組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的，當(dāng)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(shí)較易產(chǎn)生。

用帶有白點(diǎn)的鋼鍛造出來的鍛件，在熱處理時(shí)(淬火)易發(fā)生龜裂，有時(shí)甚至成塊掉下。白點(diǎn)降低鋼的塑性和零件的強(qiáng)度，是應(yīng)力集中點(diǎn)，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(duì)不允許有白點(diǎn)。

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(shí)的始端到末端是逐漸增加的。若擠壓時(shí)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(huì)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，擠壓時(shí)未能完全再結(jié)晶，淬火加熱時(shí)未再結(jié)晶的晶粒再結(jié)晶并長大吞并已經(jīng)再結(jié)晶的晶粒，于是在表層形成了粗晶環(huán)。

有粗晶環(huán)的坯料鍛造時(shí)容易開裂，如粗晶環(huán)保留在鍛件表層，則將降低零件的性能。有粗晶環(huán)缺陷的坯料，在鍛造前必需將粗晶環(huán)車去。

11.縮管殘余

縮管殘余一般是由于鋼錠冒口部分產(chǎn)生的集中縮孔未切除干凈，開坯和軋制時(shí)殘留在鋼材內(nèi)部而產(chǎn)生的。

縮管殘余附近區(qū)域一般會(huì)出現(xiàn)密集的夾雜物、疏松或偏析。在橫向低倍中呈不規(guī)則的皺折的縫隙。鍛造時(shí)或熱處理時(shí)易引起鍛件開裂。