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1、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。根据不完全的统计，在航空工业系统中，导致航空锻件报废的诸多 原因中，由 于原材料固有缺陷引起的约占一半左右。因此，千万不可忽视 原材料的质量控制工作。 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
2、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 可能沿划痕幵裂等等。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。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 叠或幵裂（见实例 4）。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
3、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。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、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
4、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，见实例 86。 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。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幵裂或降低材料的使用性能，见实例47。7. 碳化物偏析碳化物偏析经常在含碳咼的合金钢中出现。其特征是在局部区 域有较多的 碳化物聚集。它
5、主要是钢中的莱氏体共晶碳化物和二次网状碳 化物，在幵坯和轧制时 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，易引起锻件幵裂。 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，见实 例 37、 38。8. 铝合金氧化膜铝合金氧化膜一般多位于模锻件的腹板上和分模面附近。在低 倍组织上呈 微细的裂口，在高倍组织上呈涡纹状，在断口上的特征可分两 类：其一，呈平整的片 状，颜色从银灰色、浅黄色直至褐色、暗褐色；其二，呈细小密集而带闪光的点状物。铝合金氧化膜是熔铸过程中敞露的熔体液面与大气中的水蒸 气或其它金 属氧化物相互作用时所形成的氧化膜在转铸过程中被卷人液
6、体金属的内部形成的。锻件和模锻件中的氧化膜对纵向力学性能无明显影响，但对高 度方向力学 性能影响较大，它降低了高度方向强度性能，特别是高度方向 的伸长率、冲击韧度和 高度方向抗腐蚀性能。9.白点20m白点的主要特征是在钢坯的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银 白色 斑点，在横向断口上呈细小的裂纹。 白点的大小不一，长度由 1 亠 或更长。白点在镍铬钢、镍铬钼钢等合金钢中常见，普通碳钢中也有发 现，是隐藏 在内部的缺陷。白点是在氢和相变时的组织应力以及热应力的共同作用下产 生的，当钢中含氢量较多和热压力加工后冷却（或锻后热处理）太快时较 易产生。用带有白点的钢锻造出来的锻件，在热处理时（淬火）易发生龟
7、裂，有时 甚至成块掉下。白点降低钢的塑性和零件的强度，是应力集中 点，它像尖锐的切刀一 样，在交变载荷的作用下，很容易变成疲劳裂纹而 导致疲劳破坏。所以锻造原材料中 绝对不允许有白点。关于白点的详细介 绍请见第三章第七节和实例97 o10.粗晶环粗晶环常常是铝合金或镁合金挤压棒材上存在的缺陷。经热处理后供应的铝、镁合金的挤压棒材，在其圆断面的外层 常常有粗晶 环。粗晶环的厚度，由挤压时的始端到末端是逐渐增加的。若 挤压时的润滑条件良好， 则在热处理后可以减小或避免粗晶环。反之，环 的厚度会增加。粗晶环的产生原因与很多因素有关。但主要因素是由于挤压过 程中金属与 挤压筒之间产生的摩擦。这种摩擦致
8、使挤出来的棒材横断面的 外表层晶粒要比棒材中 心处晶粒的破碎程度大得多。但是由于筒壁的影 响，此区温度低，挤压时未能完全再 结晶，淬火加热时未再结晶的晶粒再 结晶并长大吞并已经再结晶的晶粒，于是在表层 形成了粗晶环。有粗晶环的坯料锻造时容易幵裂，如粗晶环保留在锻件表层,则将降低零件的性能，见实例 76。有粗晶环缺陷的坯料，在锻造前必需将粗晶环车去。11.缩管残余缩管残余一般是由于钢锭冒口部分产生的集中缩孔未切除干 净，幵坯和轧制时残留在钢材内部而产生的。缩管残余附近区域一般会出现密集的夹杂物、疏松或偏析。在 横向低倍中 呈不规则的皱折的缝隙。锻造时或热处理时易引起锻件幵裂，二、备料不当产生的缺
9、陷及其对锻件的影响备料不当产生的缺陷有以下几种。1. 切斜 切斜是在锯床或冲床上下料时，由于未将棒料压紧，致使坯料 端面相对于 纵轴线的倾斜量超过了规定的许可值。严重的切斜，可能在锻 造过程中形成折叠。2. 坯料端部弯曲并带毛刺 在剪断机或冲床上下料时，由于剪刀片或切断模刃口之间的间 隙过大或由 于刃口不锐利，使坯料在被切断之前已有弯曲，结果部分金属 被挤人刀片或模具的间 隙中，形成端部下垂毛刺。有毛刺的坯料，加热时易引起局部过热、过烧，锻造时易产生 折叠和幵裂。3. 坯料端面凹陷在剪床上下料时，由于剪刀片之间的间隙太小，金属断面上、 下裂纹不重合，产生二次剪切，结果部分端部金属被拉掉，端面成
10、凹陷状。这样的坯 料锻造时易产生折叠和开裂。4. 端部裂纹 在冷态剪切大断面合金钢和高碳钢棒料时，常常在剪切后34h发现端部出现裂纹。主要是由于刀片的单位压力太大，使圆形断面的坯料 压扁成椭圆 形，这时材料中产生了很大的内应力。而压扁的端面力求恢复 原来的形状，在内应力 的作用下则常在切料后的几小时内出现裂纹。材料 硬度过高、硬度不均和材料偏析较 严重时也易产生剪切裂纹。有端部裂纹的坯料，锻造时裂纹将进一步扩展。5.气割裂纹 气割裂纹一般位于坯料端部，是由于气割前原材料没有预热，气 割时产生组织应力和热应力引起的。有气割裂纹的坯料，锻造时裂纹将进一步扩展。因此锻前应予以 预先清除。6. 凸芯开
11、裂车床下料时， 在棒料端面的中心部位往往留有凸芯。 锻造过程中， 由于凸芯的断面很小，冷却很快，因而其塑性较低，但坯料基体部分断面大，冷却慢， 塑性高。因此，在断面突变交接处成为应力集中的部位，加 之两部分塑性差异较大，故 在锤击力的作用下， 凸芯的周围容易造成开裂。三、加热工艺不当常产生的缺陷加热不当所产生的缺陷可分为： 由于介质影响使坯料外层 组织化学状态变化而引起的缺陷，如氧化、脱碳、增碳和渗硫、渗铜等。由内部组织结构的异常变化弓I起的缺陷，如过热、过烧和未热透等。由于温度在坯料内部分布不均，引起内应力（如温度应力、组织应力）过 大而产生的 坯料开裂等。下面介绍其中几种常见的缺陷，其余的
12、可见有关 的实例。1. 脱碳 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。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151.6mm，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
13、得不太好， 因而燃烧不完全，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。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B 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。一般过热的结构钢经过正
14、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。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
15、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。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 面裂幵。6. 铜脆铜脆在锻件表面上呈龟裂状。高倍观察时，有淡黄色的铜（或 铜的固溶体） 沿晶界分布。坯料加热时，如炉内残存氧化铜屑，在高温下氧化钢还原为自 由铜，熔融的钢原子沿奥氏体晶界扩展，肖U弱了晶粒间的联系。另外，钢中含铜量较高 2%（质量分数） 时，如在氧化性气氛中加热，在氧化铁皮下形成富铜层，也引起钢脆。四、锻造工艺不当常产生的缺陷锻造工艺不当产生的缺陷通常有以下几种1.大晶粒大晶粒通常是由于始锻温度过高和变形程度不足、或终锻温度 过高、或变 形程度落人临界变形区引起的。铝合金变形程度过大，形成织 构；高温合金变形温度过低，形成混合变形组织时也可能引起粗大晶粒晶粒粗大将使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降。2.晶粒不均匀晶粒不均匀是指锻件某些部位的晶粒特别粗大，某些部位却较 小。产生晶 粒不均匀的主要原因是坯料各处的变形不均匀使
