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1、锻造专业知识培训 一 、锻造过程质量控制,一、锻造,什么叫做锻造：在加压设备及工（模具）的作用下，使坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状，形状和质量的锻件的加工方法称为锻造. 锻造的分类：自由锻造只用简单的通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件.,锻造,模锻 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法. 自由锻造的方法镦粗：使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序.局部镦粗：在坯料上某一部分进行的镦粗.,锻造,镦粗的过程控制: 1.为了防止镦粗时产生纵向弯曲,圆柱体坯料的高度与直径之比不应超过2.5-3,且镦粗前坯料端面应平整,并与轴心线垂
2、直. 镦粗时要把坯料围绕着轴心线不断转动坯料发生弯曲时必须立即矫正。,锻造,芯棒拔长：它是在空心毛坯中加芯棒进行拔长以减小空心处径（壁厚）而增加其长度的锻造工序，用于锻造长筒类锻件.,锻造,芯棒拔长的过程控制:1.芯棒拔长都应以六角形为主要变形阶段即圆六角圆,芯棒拔长应尽可能在V型下砧或110下槽中进行.2.翻转角度要准确,打击量在均匀,发现有壁厚不均匀及两端面过度歪斜现象,应及时 把芯棒抽出,用矫正镦粗法矫正毛坯.3.芯棒加工应有1/1002/100日锥度.,锻造,拔长：使毛坯横断面积减小，长度增加的 锻造工序.拔长锻造工艺参数的选择就是要在保证质量的前提下提高效率 1. 每次锤击的压下量应
3、小于坯料塑性所允许的数值，并避免产生折叠，因此每次压缩后的锻件宽度与高度之比应小于22.5，b/h22.5，否则翻转90再锻造时容易产生弯曲和折叠。,锻造,2.每次送进量与单次压下量之比应大于11.5，即L/h/211.5生产中一般采用L=(0.60.8) h (h为坯料高度)。如图,锻造,3. 为保证得到平滑的表面质量，每次送进量应小于（0.750.8）B(B为砧宽)要避免在锻件的同一变形位置反复锤击。 方形坯料的对角线倒棱形锤击时,应打击得轻一些可加大送进量（和砧宽相等）减小压下量。避免中心部位产生裂纹。 防止端部产生内凹和夹层，拔长坯料端部时，坯料端部应留出足够的长度或锻成圆鼓形。如图,
4、锻造,园形断面 方形断面当B/H 1.5时，A 0.4B当B/H1.5时，A 0.5B A03D,锻造,为了提高生产率和保证锻件质量，拨长过程应以方形断面为主，如果坯料原始截面为圆形，最终断面也是圆形，应按圆形方形八角形圆形的顺序进行拨长，并以方形拨长为主要变形阶段。也可采用型砧拨长，生产效率更高. 上下砧的边缘应作出适当圆角，防止表面夹层 .,锻造,8. 对长坯料应从中间向面端拨长，可将疏松和偏折区挤到顶部去。短坯料可从一端开始拨长，向前推进 . 9.为保证锻件质量,避免出现折纹,每次送进后的打击压下量不能太大,应使单边压下量H/2小于送进量L即2L/H1 如图：,锻造,锻造,冲孔：在坯料上
5、冲出透孔或不透孔的锻造工 序。 冲孔要求: 1.实心冲子冲孔，冲孔坯料尺寸应符合以下条件，以避免冲孔发生“走样”、裂纹和孔冲偏等质量问题。如图所示：,锻造,当Dod15时,可取Ho=H 当Dod15时,应取Ho=（1.1-1.2）H,锻造,2.冲孔前坯料必须镦粗，使端面平整、高度减小直径增大 . 3.冲子必须放正，打击方向应和冲头端面垂直. 4.在冲子的冲孔内应撒上煤末或木炭粉，以便取出冲头 . 5.在冲孔过程中要不断地移动冲头并且让坯料绕轴心线传动，以避免孔位置偏斜 6.冲头要经常在水中冷却 .,锻造,扩孔：减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径的锻造工序。 冲头扩孔：是利用冲头锥面引起的径向分力
6、而进行扩孔的一种方法。,锻造,冲头扩孔应注意以下几方面1.冲头扩孔时，由于坯料切向受拉应力，容易胀裂，每次扩孔量不宜太大。 如图：,锻造,2.冲孔扩孔时坯料的高度尺寸：H1=1.05H (H1为扩孔前坯料 H为扩孔后高度). 3.为防止内孔胀裂，每次扩孔量不宜太大每次冲孔后允许扩孔12次一般取2040mm 当需要多次扩孔时应中间加热，每次加热一次允许扩孔23次. 4.马架扩孔时，芯轴应随孔径的扩大而逐步更换，芯轴直径应尽量可能选大.,二、锻件缺陷分类,为了保证质量，对于金属锻件，必须进行质量检验。对检验出有缺陷的锻件，根据使用要求（检验标准）和缺陷的程度，确定其合格、报废或经过修补后使用。 锻
7、件缺陷分类的方法很多，下面介绍比较实用的两种分类方法：,锻件缺陷表现形式分类,锻件的缺陷如按其表现形状来区分，可分为外部的、内部的、和性能的三种。 外部缺陷如几何尺寸和形状不符合要求，表面裂纹，折迭、缺肉、错差、模锻不足、表面麻坑、表面气泡和桔皮状表面。这类缺陷显露在锻件的外表面上，比较容易发现或观察到。,锻件缺陷表现形式分类,内部缺陷又可以细分为低倍缺陷和显微缺陷两类。前者如内裂、缩孔、疏松、白点、锻造流纹紊乱、偏析、粗晶、石状断口、异金属夹杂等；后者如脱碳、增碳、带状组织、铸造组织残留和碳化物偏析不符合要求等，内部缺陷存在于锻件的内部，原因复杂，不易辨认，常常给生产造成较大的困难。,锻件缺
8、陷表现形式分类,反映在性能方面的缺陷，如温室强度、塑性、韧性或疲劳性能等不符合；或者高温瞬时强度，持久强度、持久塑性、蠕变强度不符合要求等。性能方面的缺陷，只有在进行了性能试验之后，才能确切知道。,锻件缺陷表现形式分类,值得注意的是，外部、内部和性能方面的缺陷这三者之间，常常有不可分割的联系。例如，过热和过烧表现于外部为裂纹的形式；表现于内部则为晶粒粗大或脱碳，表现的性能方面则为塑性和韧性和降低。因此，为了准确确定锻件缺陷的原因，除了必须辨明它们的形态和特征之外，还应注意拭出它们之间的内在联系。,按生产缺陷的工序或过程分类,锻件缺陷按其产生于那个过程来区分，可分为：原材料生产过程产生的缺陷、锻
9、造过程产生的缺陷和热处理过程产生的缺陷。按照锻造过程中各工序的顺序，还可将锻造过程中产生的缺陷，细分为以下几类：由下料产生的缺陷；由加热产生的缺陷；由锻造产生的缺陷；由冷却产生的缺陷和由清理产生缺陷等。不同的工序可以产生形式的缺陷，但是，同一种形式的缺陷也可以来自不同的工序。由于产生锻件缺陷的原因往往与原材料生产过程和锻造热处理过程有关。,三、 引发锻件缺陷的主要原因造,一、原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷 锻造用的原材料为铸锭、轧材、挤材及锻坯。而轧材、挤材及锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工成的半成品。一般情况下，铸锭的内部缺陷或表面缺陷的出现有时是不可避免的。例如，内部的成分与组织偏
10、析等。原材料存在的各种缺陷，不仅会影响锻件的成形，而且将影响锻件的最终质量。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,1.表面裂纹 表面裂纹多发生在轧制棒材和锻制棒材上，一般呈直线形状，和轧制或锻造的主变形方向一致。造成这种缺陷的原因很多，例如钢锭内的皮下气泡在轧制时一面沿变形方向伸长，一面暴露到表面上和向内部深处发展。又如在轧制时，坯料的表面如被划伤，冷却时将造成应力集中，从而可能沿划痕开裂等等。这种裂纹若在锻造前不去掉，锻造时便可能扩展引起锻件裂纹。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,2.折叠 折叠形成的原因是当金属坯料在轧制过程中，由于轧辊上的型槽定径不正确，或因型槽磨损面产生的毛
11、刺在轧制时被卷入，形成和材料表面成一定倾角的折缝。对钢材，折缝内有氧化铁夹杂，四周有脱碳。折叠若在锻造前不去掉，可能引起锻件折叠或开裂。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,3.结疤 结疤是在轧材表面局部区域的一层可剥落的薄膜。 结疤的形成是由于浇铸时钢液飞溅而凝结在钢锭表面，轧制时被压成薄膜，贴附在轧材的表面，即为结疤。锻后锻件经酸洗清理，薄膜将会剥落而成为锻件表面缺陷。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,4.层状断口 层状断口的特征是其断口或断面与折断了的石板、树皮很相似。 层状断口多发生在合金钢（铬镍钢、铬镍钨钢等），碳钢中也有发现。这种缺陷的产生是由于钢中存在的非金属夹杂物、
12、枝晶偏析以及气孔疏松等缺陷，在锻、轧过程中沿轧制方向被拉长，使钢材呈片层状。如果杂质过多，锻造就有分层破裂的危险。层状断口越严重，钢的塑性、韧性越差，尤其是横向力学性能很低，所以钢材如具有明显的层片状缺陷是不合格的。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,5.亮线（亮区） 亮线是在纵向断口上呈现结晶发亮的有反射能力的细条线，多数贯穿整个断口，大多数产生在轴心部分。 亮线主要是由于合金偏析造成的。 轻微的亮线对力学性能影响不大，严重的亮线将明显降低材料的塑性和韧性。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,6.非金属夹杂 非金属夹杂物主要是熔炼或浇铸的钢水冷却过程中由于成分之间或金属与炉气、容
13、器之间的化学反应形成的。另外，在金属熔炼和浇铸时，由于耐火材料落入钢液中，也能形成夹杂物，这种夹杂物统称夹渣。在锻件的横断面上，非金属夹杂可以呈点状、片状、链状或团块状分布。严重的夹杂物容易引起锻件开裂或降低材料的使用性能。,由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：,7.碳化物偏析 碳化物偏析经常在含碳高的合金钢中出现。其特征是在局部区域有较多的碳化物聚集。它主要是钢中的莱氏体共晶碳化物和二次网状碳化物，在开坯和轧制时未被打碎和均匀分布造成的。碳化物偏析将降低钢的锻造变形性能，易引起锻件开裂。锻件热处理淬火时容易局部过热、过烧和淬裂。制成的刀具使用时刃口易崩裂。,加热工艺不当常产生的缺陷,1.脱
14、碳 脱碳是指金属在高温下表层的碳被氧化，使得表层的含碳量较内部有明显降低的现象。 脱碳层的深度与钢的成分、炉气的成分、温度和在此温度下的保温时间有关。采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高碳钢易脱碳，含硅量多的钢也易脱碳。 脱碳使零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。,加热工艺不当常产生的缺陷,2.增碳 经油炉加热的锻件，常常在表面或部分表面发生增碳现象。有时增碳层厚度达1.51.6mm，增碳层的含碳量达1（质量分数）左右，局部点含碳量甚至超过2（质量分数），出现莱氏体组织。 这主要是在油炉加热的情况下，当坯料的位置靠近油炉喷嘴或者就在两个喷嘴交叉喷射燃油的区域内时，由于油和空气混合得不太好，因而
15、燃烧不完全，结果在坯料的表面形成还原性的渗碳气氛，从而产生表面增碳的效果。 增碳使锻件的机械加工性能变坏，切削时易打刀。,加热工艺不当常产生的缺陷,3.过热 过热是指金属坯料的加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长，或由于热效应使温升过高而引起的晶粒粗大现象。 碳钢（亚共析或过共析钢）过热之后往往出现魏氏组织。马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构，工模具钢往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。钛合金过热后，出现明显的相晶界和平直细长的魏氏组织。合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口。过热组织，由于晶粒粗大，将引起力学性能降低，尤其是冲击韧度。,加热工艺不当常产生的缺陷
16、,一般过热的结构钢经过正常热处理（正火、淬火）之后，组织可以改善，性能也随之恢复，这种过热常被称之为不稳定过热；而合金结构钢的严重过热经一般的正火（包括高温正火）、退火或淬火处理后，过热组织不能完全消除，这种过热常被称之为稳定过热。,加热工艺不当常产生的缺陷,4.过烧 过烧是指金属坯料的加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，炉中的氧及其它氧化性气体渗透到金属晶粒间的空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶体，破坏了晶粒间的联系，使材料的塑性急剧降低。过烧严重的金属，撤粗时轻轻一击就裂，拔长时将在过烧处出现横向裂纹。 过烧与过热没有严格的温度界线。一般以晶粒出现氧化及熔化为特征来判断过烧。对碳钢来说，过烧时晶界熔化、严重氧化工模具钢（高速钢、Cr12型钢等）过烧时，晶界因熔化而出现鱼骨状莱氏体。铝合金过烧时出现晶界熔化三角区和复熔球等。锻件过烧后，往往无法挽救，只好报废。,加热工艺不当常产生的缺陷,5.加热裂纹 在加热截面尺寸大的大钢锭和导热性差的高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶段加热速度过快，则坯料因内外温差较大而产生很大的热应力。加之此时坯料由于温度低而塑性较差，若热应力的数值超过坯料的强度极限，就会产生由中心向四周呈辐射状的加热裂纹，使整个断面裂开。,
