锻件的常见缺陷及原因分析

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1、锻件的常见缺陷及原因分析(2007/07/05 10:58)锻件的缺陷很多，产生的原因也多种多样，有锻造工艺不良造成的，有原 材料的原因，有模具设计不合理所致等等。尤其是少无切削加工的精密锻件， 更是难以做到完全控制。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晶粒破

2、碎程度不一，或局部区 域的变形程度落人临界变形区，或高温合金局部加工硬化，或淬火加热时局部 晶粒粗大。耐热钢及高温合金对晶粒不均匀特别敏感。晶粒不均匀将使锻件的 持久性能、疲劳性能明显下降。3. 冷硬现象变形时由于温度偏低或变形速度太快，以及锻后冷却过快，均可能使再结 晶引起的软化跟不上变形引起的强化(硬化)，从而使热锻后锻件内部仍部分 保留冷变形组织。这种组织的存在提高了锻件的强度和硬度，但降低了塑性和 韧性。严重的冷硬现象可能引起锻裂。4. 裂纹裂纹通常是锻造时存在较大的拉应力、切应力或附加拉应力引起的。裂纹 发生的部位通常是在坯料应力最大、厚度最薄的部位。如果坯料表面和内部有 微裂纹、或

3、坯料内存在组织缺陷，或热加工温度不当使材料塑性降低，或变形 速度过快、变形程度过大，超过材料允许的塑性指针等，则在镦粗、拔长、冲 孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中都可能产生裂纹。5. 龟裂龟裂是在锻件表面呈现较浅的龟状裂纹。在锻件成形中受拉应力的表面（例 如，未充满的凸出部分或受弯曲的部分）最容易产生这种缺陷。引起龟裂的内 因可能是多方面的：原材料合Cu Sn等易熔元素过多。高温长时间加热时， 钢料表面有铜析出、表面晶粒粗大、脱碳、或经过多次加热的表面。燃料含 硫量过高，有硫渗人钢料表面。6. 飞边裂纹飞边裂纹是模锻及切边时在分模面处产生的裂纹。飞边裂纹产生的原因可 能是：在模锻操作中由于重击使金

4、属强烈流动产生穿筋现象。镁合金模锻 件切边温度过低；铜合金模锻件切边温度过高。7. 分模面裂纹分模面裂纹是指沿锻件分模面产生的裂纹。原材料非金属夹杂多，模锻时 向分模面流动与集中或缩管残余在模锻时挤人飞边后常形成分模面裂纹。8. 折叠折叠是金属变形过程中已氧化过的表层金属汇合到一起而形成的。它可以 是由两股（或多股）金属对流汇合而形成；也可以是由一股金属的急速大量流 动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成的；也可以是由于变形金 属发生弯曲、回流而形成；还可以是部分金属局部变形，被压人另一部分金属 内而形成。折叠与原材料和坯料的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑 情况及锻造的实际操作

5、等有关。折叠不仅减少了零件的承载面积，而且工作时 由于此处的应力集中往往成为疲劳源。9. 穿流穿流是流线分布不当的一种形式。在穿流区，原先成一定角度分布的流线 汇合在一起形成穿流，并可能使穿流区内、外的晶粒大小相差较为悬殊。穿流 产生的原因与折叠相似，是由两股金属或一股金属带着另一股金属汇流而形成的，但穿流部分的金属仍是一整体。穿流使锻件的力学性能降低，尤其当穿流 带两侧晶粒相差较悬殊时，性能降低较明显。10. 锻件流线分布不顺锻件流线分布不顺是指在锻件低倍上发生流线切断、回流、涡流等流线紊 乱现象。如果模具设计不当或锻造方法选择不合理，预制毛坯流线紊乱；工人 操作不当及模具磨损而使金属产生不

6、均匀流动，都可以使锻件流线分布不顺。 流线不顺会使各种力学性能降低，因此对于重要锻件，都有流线分布的要求。11. 铸造组织残留铸造组织残留主要出现在用铸锭作坯料的锻件中。铸态组织主要残留在锻 件的困难变形区。锻造比不够和锻造方法不当是铸造组织残留产生的主要原因 铸造组织残留会使锻件的性能下降，尤其是冲击韧度和疲劳性能等。12. 碳化物偏析级别不符要求碳化物偏析级别不符要求主要出现于莱氏体工模具钢中。主要是锻件中的 碳化物分布不均匀，呈大块状集中分布或呈网状分布。造成这种缺陷的主要原 因是原材料碳化物偏析级别差，加之改锻时锻比不够或锻造方法不当。具有这 种缺陷的锻件，热处理淬火时容易局部过热和淬

7、裂。制成的刃具和模具使用时 易崩刃等。13. 带状组织带状组织是铁素体和珠光体、铁素体和奥氏体、铁素体和贝氏体以及铁素 体和马氏体在锻件中呈带状分布的一种组织，它们多出现在亚共折钢、奥氏体 钢和半马氏体钢中。这种组织，是在两相共存的情况下锻造变形时产生的带状 组织能降低材料的横向塑性指针，特别是冲击韧性。在锻造或零件工作时常易 沿铁素体带或两相的交界处开裂。14. 局部充填不足局部充填不足主要发生在筋肋、凸角、转角、圆角部位，尺寸不符合图样 要求。产生的原因可能是：锻造温度低，金属流动性差；设备吨位不够或 锤击力不足；制坯模设计不合理，坯料体积或截面尺寸不合格；模膛中堆 积氧化皮或焊合变形金属

8、。15. 欠压欠压指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大，产生的原因可能是：锻造温 度低。设备吨位不足，锤击力不足或锤击次数不足。16. 错移错移是锻件沿分模面的上半部相对于下半部产生位移。产生的原因可能是: 滑块（锤头）与导轨之间的间隙过大；锻模设计不合理，缺少消除错移力 的锁口或导柱；模具安装不良。17. 轴线弯曲锻件轴线弯曲，与平面的几何位置有误差。产生的原因可能是：锻件出 模时不注意；切边时受力不均；锻件冷却时各部分降温速度不一；清理 与热处理不当。原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷(2007/07/05 11:24)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

9、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。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

10、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开裂。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。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

11、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。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

12、。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。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

13、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120mm或更长。白

14、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 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。10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

15、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开裂，如粗晶环保留在锻件表层，则 将降低零件的性能。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， 开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开 裂。