鍛造知識及問題匯總幻燈片

1、工廠鍛造知識及問題 匯 總,1,一、鍛造材料 二、鍛造的基本知識 三、鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生原因,2,一、鍛造材料,（一）、 金屬鑄錠的組織與缺陷 金屬鑄錠的宏觀組織一般由三個晶區(qū)組成：即外表層的細晶區(qū)、中間的柱狀晶區(qū)和心部的等軸晶區(qū)，如下圖所示。,3,A、高溫金屬液體進入鑄模，表面的液體產(chǎn)生極大過冷，臨近的晶粒長大時迅速彼此相遇，不能繼續(xù)長大，形成了一層很細的薄層等軸晶粒區(qū)。 B、柱狀晶區(qū)由垂直于模壁的粗大的柱狀晶構(gòu)成。在表層金屬細晶粒形成的同時，一方面模壁溫度迅速上升，另一方面金屬凝固收縮后，細晶區(qū)與模壁脫離，形成一層薄薄空氣層，散熱愈發(fā)困難，過冷減小，溫度梯度變得平緩，逐漸開始形成柱狀晶區(qū)

2、。,4,柱狀晶區(qū)中，晶粒彼此間的界面平直，氣泡縮孔較小，組織致密。但是當沿不同方向生長的兩組相近柱狀晶相遇后，就形成柱晶間界。而柱晶間界是雜質(zhì)、氣泡、縮孔密集的區(qū)域。也是鑄錠的脆弱面。當壓力加工時，易于沿著弱面裂開或形成裂紋。 對于塑性較好的金屬，可以壓力加工不至于開裂，但塑性差的合金，應(yīng)盡力避免形成發(fā)達的柱狀晶區(qū)，從而避免壓力加工時開裂報廢。,5,C、中心等軸晶區(qū)的晶粒在長大時，枝晶交叉，裂紋不易擴展，各個晶粒的取向各不相同，性能沒有方向性。這是其優(yōu)點，但是，等軸晶區(qū)樹枝狀晶發(fā)達，纖維縮孔較多，組織致密性差。 但是此處的顯微縮孔未被氧化，經(jīng)過熱壓力加工之后，一般可可以焊合。這也是普通鑄件力求

3、得到柱狀晶區(qū)的原因。 D、但是不是所有的縮孔都可以焊合，在金屬結(jié)晶時，在金屬的冒口附近形成的集中縮孔以及二次縮孔，由于其表面被氧化，故不能在壓力加工時焊合。此外，分散縮孔（即縮松），和等軸晶區(qū)的顯微組織相似，雜質(zhì)較少，且表面未被氧化，也是可以在壓力加工時焊合的。,6,（二）、鋼中雜質(zhì)元素的影響,（1）錳和硅的影響 錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。錳除了脫氧的作用外，還有除硫作用，及與鋼中的硫結(jié)合成MnS從而在相當大程度上消除硫在鋼中的有害影響，這些反應(yīng)物大部分進入爐渣，小部分殘留于鋼中，成為非金屬夾雜物。 錳對碳鋼的機械性能有良好的影響，它能提高鋼的強度和硬度，當錳

4、含量不高時，可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性。 硅也是鋼中的有益元素，硅溶于鐵素體后有很強的固溶強化作用，顯著提高鋼的強度和硬度，但含量較高時，將使鋼的塑性和韌性下降。,7,（2）硫的影響 硫是鋼中的有害元素，它是在煉鋼時由礦石和燃料帶到鋼中來的雜質(zhì)，硫只溶于鋼液中，在固態(tài)鐵中幾乎不能溶解，而是以FeS雜質(zhì)的形式存在于固態(tài)鋼中。 硫的最大的危害是引起鋼在熱加工時開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。 造成熱脆的原因。 防止熱脆的方法。 （3）磷的影響 磷具有很強的固溶強化作用。磷會引起冷脆。 磷的有害影響 磷溶于鐵素體中，會使其晶格歪曲，晶粒長大，而且有冷脆性。P0.13%時脆性特甚，P使鋼破斷能轉(zhuǎn)變溫度

5、增高的作用比碳強約20倍。 和Mn一樣使鋼晶粒粗化。,8,（4）氫的影響 鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸入的。此外在含氫的還原性氣氛中加熱鋼材、酸洗及電鍍等，氫均可被鋼件吸收，并通過擴散進入鋼內(nèi)。 氫對鋼的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材強度極限的應(yīng)力任用下，經(jīng)一定時間后，在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細微裂紋缺陷白點，白點使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是斷面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時可接近于零值，有白點的鋼是不能使用的。 （5）氧及其它非金屬夾雜物的影響 氧在鋼中的溶解度非常小，幾乎全部以氧化物夾雜的形式存在于鋼中

6、，如FeO、Al2O3、SiO2等，此外鋼中還存在FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物、磷化物等。這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動載荷的作用下，往往在為裂紋的起點。因此 對非金屬夾雜物應(yīng)嚴加控制。,9,(6)氮的有害影響： 它與合金元素生成氮化物是非金屬夾雜物，更重要的是降低了合金元素的作用。 含N鋼在退火過程中因氮化物析出而會顯著降低它的塑性。但在鋼中加入足夠數(shù)量的鋁，鋁能與氮結(jié)合成AlN，可以起到細化晶粒的作用，減弱或消除氮的危害。 (7）銅的不良影響是： 含Cu量較高時將導(dǎo)致鋼具熱脆性，而使熱鍛軋加工困難。 “銅脆”在鋼的缺陷一文中指出當Cu0.2%時，加熱過程由于表面發(fā)生

7、選擇性氧化，使Fe先Cu而發(fā)生氧化，而表層Cu含量即相對增加形成一層薄膜，然后向擴散形成含Cu網(wǎng)絡(luò)，在1030即容易鍛裂。適量加Ni可生成熔點較高的Cu-Ni固溶體，可降低“銅脆”。,10,二、鍛造的基本知識,（一） 鍛造的含義 鍛造就是利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。,11,二、鍛造的基本知識,（二）鍛造的分類 （1）按照工具模具安置情況分類 自由鍛造（固定的平砧或者型砧成型） 胎模鍛（鍛造模具為可移動式） 模鍛（鍛造模具為固定式） （2）按照成型溫度分類 熱鍛（終鍛溫度高于再結(jié)晶溫度，特點是工件溫度高于模具溫度） 溫鍛

8、（介于熱鍛與冷鍛間的加熱鍛造） 冷鍛（室溫下或者低于工件再結(jié)晶溫度） 保溫鍛（模具帶有加熱和保溫裝置）,12,(三） 鍛造的目的： 鍛造改善金屬材料的強度指標、塑性指標、沖擊韌度、疲勞強度、斷裂韌度、和抗應(yīng)力腐蝕性能等，對于部分高溫工作的零件，還改善材料的高溫瞬時拉伸性能、持久性能、抗蠕變性能和熱疲勞性能等。 主要體現(xiàn)在以下組織和性能： 1）打碎柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織，并在合適的溫度和應(yīng)力條件下，焊合內(nèi)部空隙，提高材料的致密度。 2）鑄錠經(jīng)過鍛造形成纖維組織，進一步通過軋制、擠壓、模具鍛造，使鍛件得到合理的纖維方向分布。,13,3）控制晶粒度的大小和均勻度。 4）是組織得

9、到形變強化或形變-相變強化等。 通過上述組織的改變，使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲勞強度、斷裂韌度、和持久強度也隨之得到了改善。之后通過鍛后熱處理就可以得到零件所要求的硬度、強度、塑性等良好的綜合性能。 （四）鍛造的工藝流程 原材料（鋼錠或坯料）材料加熱鍛件鍛造鍛件鍛后冷卻鍛件鍛后熱處理,14,（五）鍛造工藝的制定 (1)鍛造用原材料估算的基本原理是“體積不變定律”。即：去除氣孔、縮孔、疏松等因素的影響，認為鍛造變形前的坯料體積等于鍛造變形后鍛件的體積。 V 坯料=V鍛件+V 工藝+ V 燒損 式中：V 坯料坯料的體積； V 鍛件鍛件的體積； V 工藝因軸端切頭、沖孔連皮、模鍛毛邊等形成的工藝廢料

10、的體積之和； V燒損因加熱時的氧化和燒損的體積。 如果金屬在鍛造前后的密度不變，則“體積不變定律”可以看成是“質(zhì)量不變定律” 鍛件重量=金屬的密度鍛件的體積 鍛件坯料重量=金屬的密度*鍛件坯料的體積,15,(2) 鍛件的加工余量是按照廠標：TZY90301-2002錘上自由鍛件機械加工余量與公差、TZY90302-2002水壓機上自由鍛件機械加工余量與公差。 （3）鍛造比的計算 鍛造比是鍛造時金屬變形程度的一種表示方法。鍛造比以金屬變形前后的橫斷面積的比值來表示。不同的鍛造工序，鍛造比的計算方法各不相同。 鍛造比包含工序鍛造比、每火次鍛造比、總鍛造比。 1、拔長時，鍛造比為KL=D12/ D2

11、2= l2 / l1 (D1為變形前截面積、D2為變形后截面積，L1為變形前長度、L2為變形后長度) 2、鐓粗時的鍛造比，也稱鐓粗比或壓縮比，其值為KH=H0/ H1 (H0為變形前高度、H1為變形后高度) 3、連續(xù)拔長或鐓粗時，總鍛比為各分鍛比之積。 反復(fù)鐓粗拔長結(jié)合時，總鍛比為各分鍛比之和。,16,（六）自由鍛造的工序 根據(jù)工序的變形性質(zhì)和變形程度的不同，自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序和修整工序三類。 基本工序包括：鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、芯軸拔長、錯移、 扭轉(zhuǎn)、剁切。 輔助工序包括：壓鉗把、倒棱、壓痕。 修正工序包括：校正、滾圓、平整。,17,拔長 拔長是使毛坯長度增加、橫截

12、面面積減小的工序。它除了用于鍛件成形外，還常用來改善鍛件的內(nèi)部組織、提高力學(xué)性能。 拔長操作的基本方法有三種： 沿螺旋線翻轉(zhuǎn)90拔長，常用于塑性較低的材料 反復(fù)翻轉(zhuǎn)90拔長，常用于塑性較好的材料 單向順序拔長，常用于大型鍛件,18,鐓粗 鐓粗是將毛坯局部或全部橫截面面積增大、高度減小的鍛造工序。 鐓粗變形區(qū):在平砧上鐓粗圓柱形毛坯時，其變形分布如圖 區(qū)：受摩擦和砧子激冷影響最大，該區(qū)變形十分困難，稱為“難變形區(qū)”。 區(qū)：不但受摩擦的影響較小，應(yīng)力狀態(tài)也有利于變形，該區(qū)變形程度最大，稱為“大 變形區(qū)”。 區(qū)：其變形程度介于!區(qū)和區(qū)之間，稱為“小變形區(qū)”。因鼓形部分存在切向拉應(yīng)力，容易引起表面產(chǎn)生

13、縱向裂紋。,19,沖孔 在坯料上鍛出通孔或盲孔的鍛造工序稱為沖孔，用于鍛造各種帶孔件和空心鍛件。 常用的沖孔方法 常用的沖孔方法有三種，即在漏盤上沖孔，實心沖子沖孔和空心沖子沖孔,20,擴孔 減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序稱為擴孔，用以鍛造各種圓環(huán)鍛件。 常用的擴孔方法有兩種，即沖子擴孔和芯軸擴孔。,21,三、鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生原因,在自由鍛造的全部工藝過程中，鍛件產(chǎn)生的缺陷與以下幾方面的因素有關(guān)：原材料及下料產(chǎn)生的缺陷未清除；坯料加熱不當；鍛造操作或使用工具不當；鍛后冷卻及熱處理方法不當?shù)?。因此，要掌握不同情況下鍛件產(chǎn)生缺陷的特征，并進行綜合分析，找出產(chǎn)生原因，及時采取措施。 自

14、由鍛鍛件的主要缺陷及產(chǎn)生的原因如下： （一）、橫行裂紋 1、表面橫向裂紋 缺陷現(xiàn)象：鍛造時坯料表面出現(xiàn)較淺（約10mm深）的橫向裂紋或較深的橫向裂紋； 產(chǎn)生原因：淺裂是鋼錠皮下氣泡未焊合形成的，深裂是由鋼錠澆注受錠內(nèi)壁質(zhì)量，鋼水擺動和鋼錠與錠模鑄合等因素形成的。,22,2、內(nèi)部橫向裂紋 缺陷現(xiàn)象：在鍛件內(nèi)部產(chǎn)生的橫向裂紋； 產(chǎn)生原因：冷錠在低溫區(qū)加熱過快，中心引起較大拉力造成，或高碳鋼和高合金鋼塑性較差，在鍛造操作相對送進量過小造成的。 （二）、縱向裂紋 （1）缺陷現(xiàn)象：經(jīng)常在第一次拔長或鐓粗時出現(xiàn)； 產(chǎn)生原因：錠模內(nèi)壁缺陷和新錠模未很好退火，操作不當，高溫、高速澆注，鋼錠脫模冷卻不當或脫模過

15、早，倒棱時壓下量過大，軋制鋼錠時產(chǎn)生縱向劃痕等。 （2）缺陷現(xiàn)象：在坯料近冒口中心出現(xiàn)； 產(chǎn)生原因：由于鋼錠冷卻時縮孔未集中于冒口部分，鍛造冒口端切頭量過少，使坯料近冒口端存在二次縮孔或殘余縮孔，鍛造則引起縱向裂紋。,23,（三）、炸裂 缺陷現(xiàn)象：一般在坯料鍛造前加熱時或鍛件冷卻、熱處理后，在表面或內(nèi)部炸開而形成的裂紋； 產(chǎn)生原因：因為坯料具有較高的殘余應(yīng)力，在未予消除的情況下，錯誤的采用快速加熱或不適當?shù)睦鋮s，即引起裂紋。 （ 四）、龜裂 缺陷現(xiàn)象：鍛件在鍛造時表面出現(xiàn)的龜甲狀或裂紋；鋼料表面較淺的龜裂應(yīng)清除后再鍛造； 產(chǎn)生原因：由于鋼中Cu、Sn、As、S的含量較多，或者在加熱爐中銅料滲入，熔化的銅滲入鋼料晶界，造成銅料熱脆，或者由于坯料始鍛溫度過高、開始鍛造時錘擊過重等原因造成。,24,（五）、白點 缺陷