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1、、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致。造成这种缺
2、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。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（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时钢液飞溅而凝结在钢锭表面， 轧制时
3、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层状断口层状断的特征是其断或断面与折断了的石板、树 皮很相似。层状断多发生在合金钢（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）亮线是在纵向断上呈现结晶发亮的有反射能力的细 条线，多数贯穿整个断，大多数产生在轴心部分。亮线主要是
4、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 杂物容易引起锻件开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
5、 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，在高倍组织上呈涡纹状， 在断上的特征可分两类：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
6、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上呈圆形或椭圆 形的银白色斑点，在横向断上呈细小的裂纹。白点的大小 不一，长度由1 20mm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，
7、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。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
8、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，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，二、备料不当产生的缺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
9、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 刃之间的间隙过大或由于刃不锐利，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开裂。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
10、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，是由于气割刖原材料 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，
11、 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引起的缺 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
12、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1厂1.6mm，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，
13、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 会出现石状断或条状断。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。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
14、 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，过烧时晶界熔化、 严重氧化工模具钢（高速钢、12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
15、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。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，削弱了晶粒 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 均匀使晶粒破碎程度不一，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
