锻造知识及问题汇总.ppt

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1、工厂锻造知识及问题 汇 总,一、锻造材料 二、锻造的基本知识 三、锻件的主要缺陷及产生原因,一、锻造材料,（一）、 金属铸锭的组织与缺陷 金属铸锭的宏观组织一般由三个晶区组成：即外表层的细晶区、中间的柱状晶区和心部的等轴晶区，如下图所示。,A、高温金属液体进入铸模，表面的液体产生极大过冷，临近的晶粒长大时迅速彼此相遇，不能继续长大，形成了一层很细的薄层等轴晶粒区。 B、柱状晶区由垂直于模壁的粗大的柱状晶构成。在表层金属细晶粒形成的同时，一方面模壁温度迅速上升，另一方面金属凝固收缩后，细晶区与模壁脱离，形成一层薄薄空气层，散热愈发困难，过冷减小，温度梯度变得平缓，逐渐开始形成柱状晶区。,柱状晶区

2、中，晶粒彼此间的界面平直，气泡缩孔较小，组织致密。但是当沿不同方向生长的两组相近柱状晶相遇后，就形成柱晶间界。而柱晶间界是杂质、气泡、缩孔密集的区域。也是铸锭的脆弱面。当压力加工时，易于沿着弱面裂开或形成裂纹。 对于塑性较好的金属，可以压力加工不至于开裂，但塑性差的合金，应尽力避免形成发达的柱状晶区，从而避免压力加工时开裂报废。,C、中心等轴晶区的晶粒在长大时，枝晶交叉，裂纹不易扩展，各个晶粒的取向各不相同，性能没有方向性。这是其优点，但是，等轴晶区树枝状晶发达，纤维缩孔较多，组织致密性差。 但是此处的显微缩孔未被氧化，经过热压力加工之后，一般可可以焊合。这也是普通铸件力求得到柱状晶区的原因。

3、 D、但是不是所有的缩孔都可以焊合，在金属结晶时，在金属的冒口附近形成的集中缩孔以及二次缩孔，由于其表面被氧化，故不能在压力加工时焊合。此外，分散缩孔（即缩松），和等轴晶区的显微组织相似，杂质较少，且表面未被氧化，也是可以在压力加工时焊合的。,（二）、钢中杂质元素的影响,（1）锰和硅的影响 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。锰除了脱氧的作用外，还有除硫作用，及与钢中的硫结合成MnS从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响，这些反应物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。 锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当锰含量不高时，可以稍微提高

4、或不降低钢的塑性和韧性。 硅也是钢中的有益元素，硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显著提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。,（2）硫的影响 硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质，硫只溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS杂质的形式存在于固态钢中。 硫的最大的危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆。 造成热脆的原因。 防止热脆的方法。 （3）磷的影响 磷具有很强的固溶强化作用。磷会引起冷脆。 磷的有害影响 磷溶于铁素体中，会使其晶格歪曲，晶粒长大，而且有冷脆性。P0.13%时脆性特甚，P使钢破断能转变温度增高的作用比碳强约20倍。

5、和Mn一样使钢晶粒粗化。,（4）氢的影响 钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。此外在含氢的还原性气氛中加热钢材、酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸收，并通过扩散进入钢内。 氢对钢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力任用下，经一定时间后，在无任何预兆的情况下突然断裂，往往造成灾难性的后果。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷白点，白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是断面收缩率和冲击韧性降低得更多，有时可接近于零值，有白点的钢是不能使用的。 （5）氧及其它非金属夹杂物的影响 氧在钢中的溶解度非常小，几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中，如FeO、Al2O3、SiO2

6、等，此外钢中还存在FeS、MnS、硅酸盐、氮化物、磷化物等。这些非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性，在静载荷和动载荷的作用下，往往在为裂纹的起点。因此 对非金属夹杂物应严加控制。,(6)氮的有害影响： 它与合金元素生成氮化物是非金属夹杂物，更重要的是降低了合金元素的作用。 含N钢在退火过程中因氮化物析出而会显著降低它的塑性。但在钢中加入足够数量的铝，铝能与氮结合成AlN，可以起到细化晶粒的作用，减弱或消除氮的危害。 (7）铜的不良影响是： 含Cu量较高时将导致钢具热脆性，而使热锻轧加工困难。 “铜脆”在钢的缺陷一文中指出当Cu0.2%时，加热过程由于表面发生选择性氧化，使Fe先Cu而发生氧化，

7、而表层Cu含量即相对增加形成一层薄膜，然后向扩散形成含Cu网络，在1030即容易锻裂。适量加Ni可生成熔点较高的Cu-Ni固溶体，可降低“铜脆”。,二、锻造的基本知识,（一） 锻造的含义 锻造就是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。,二、锻造的基本知识,（二）锻造的分类 （1）按照工具模具安置情况分类 自由锻造（固定的平砧或者型砧成型） 胎模锻（锻造模具为可移动式） 模锻（锻造模具为固定式） （2）按照成型温度分类 热锻（终锻温度高于再结晶温度，特点是工件温度高于模具温度） 温锻（介于热锻与冷锻间的加热锻造） 冷锻（室温下或者

8、低于工件再结晶温度） 保温锻（模具带有加热和保温装置）,(三） 锻造的目的： 锻造改善金属材料的强度指标、塑性指标、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度、和抗应力腐蚀性能等，对于部分高温工作的零件，还改善材料的高温瞬时拉伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳性能等。 主要体现在以下组织和性能： 1）打碎柱状晶，改善宏观偏析，把铸态组织变为锻态组织，并在合适的温度和应力条件下，焊合内部空隙，提高材料的致密度。 2）铸锭经过锻造形成纤维组织，进一步通过轧制、挤压、模具锻造，使锻件得到合理的纤维方向分布。,3）控制晶粒度的大小和均匀度。 4）是组织得到形变强化或形变-相变强化等。 通过上述组织的改变，使锻件的

9、塑性、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度、和持久强度也随之得到了改善。之后通过锻后热处理就可以得到零件所要求的硬度、强度、塑性等良好的综合性能。 （四）锻造的工艺流程 原材料（钢锭或坯料）材料加热锻件锻造锻件锻后冷却锻件锻后热处理,（五）锻造工艺的制定 (1)锻造用原材料估算的基本原理是“体积不变定律”。即：去除气孔、缩孔、疏松等因素的影响，认为锻造变形前的坯料体积等于锻造变形后锻件的体积。 V 坯料=V锻件+V 工艺+ V 烧损 式中：V 坯料坯料的体积； V 锻件锻件的体积； V 工艺因轴端切头、冲孔连皮、模锻毛边等形成的工艺废料的体积之和； V烧损因加热时的氧化和烧损的体积。 如果金属在锻造前

10、后的密度不变，则“体积不变定律”可以看成是“质量不变定律” 锻件重量=金属的密度锻件的体积 锻件坯料重量=金属的密度*锻件坯料的体积,(2) 锻件的加工余量是按照厂标：TZY90301-2002锤上自由锻件机械加工余量与公差、TZY90302-2002水压机上自由锻件机械加工余量与公差。 （3）锻造比的计算 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。锻造比以金属变形前后的横断面积的比值来表示。不同的锻造工序，锻造比的计算方法各不相同。 锻造比包含工序锻造比、每火次锻造比、总锻造比。 1、拔长时，锻造比为KL=D12/ D22= l2 / l1 (D1为变形前截面积、D2为变形后截面积，L1为变

11、形前长度、L2为变形后长度) 2、镦粗时的锻造比，也称镦粗比或压缩比，其值为KH=H0/ H1 (H0为变形前高度、H1为变形后高度) 3、连续拔长或镦粗时，总锻比为各分锻比之积。 反复镦粗拔长结合时，总锻比为各分锻比之和。,（六）自由锻造的工序 根据工序的变形性质和变形程度的不同，自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和修整工序三类。 基本工序包括：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、芯轴拔长、错移、 扭转、剁切。 辅助工序包括：压钳把、倒棱、压痕。 修正工序包括：校正、滚圆、平整。,拔长 拔长是使毛坯长度增加、横截面面积减小的工序。它除了用于锻件成形外，还常用来改善锻件的内部组织、提高力学性能。

12、拔长操作的基本方法有三种： 沿螺旋线翻转90拔长，常用于塑性较低的材料 反复翻转90拔长，常用于塑性较好的材料 单向顺序拔长，常用于大型锻件,镦粗 镦粗是将毛坯局部或全部横截面面积增大、高度减小的锻造工序。 镦粗变形区:在平砧上镦粗圆柱形毛坯时，其变形分布如图 区：受摩擦和砧子激冷影响最大，该区变形十分困难，称为“难变形区”。 区：不但受摩擦的影响较小，应力状态也有利于变形，该区变形程度最大，称为“大 变形区”。 区：其变形程度介于!区和区之间，称为“小变形区”。因鼓形部分存在切向拉应力，容易引起表面产生纵向裂纹。,冲孔 在坯料上锻出通孔或盲孔的锻造工序称为冲孔，用于锻造各种带孔件和空心锻件。

13、 常用的冲孔方法 常用的冲孔方法有三种，即在漏盘上冲孔，实心冲子冲孔和空心冲子冲孔,扩孔 减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序称为扩孔，用以锻造各种圆环锻件。 常用的扩孔方法有两种，即冲子扩孔和芯轴扩孔。,三、锻件的主要缺陷及产生原因,在自由锻造的全部工艺过程中，锻件产生的缺陷与以下几方面的因素有关：原材料及下料产生的缺陷未清除；坯料加热不当；锻造操作或使用工具不当；锻后冷却及热处理方法不当等。因此，要掌握不同情况下锻件产生缺陷的特征，并进行综合分析，找出产生原因，及时采取措施。 自由锻锻件的主要缺陷及产生的原因如下： （一）、横行裂纹 1、表面横向裂纹 缺陷现象：锻造时坯料表面出现较浅（

14、约10mm深）的横向裂纹或较深的横向裂纹； 产生原因：浅裂是钢锭皮下气泡未焊合形成的，深裂是由钢锭浇注受锭内壁质量，钢水摆动和钢锭与锭模铸合等因素形成的。,2、内部横向裂纹 缺陷现象：在锻件内部产生的横向裂纹； 产生原因：冷锭在低温区加热过快，中心引起较大拉力造成，或高碳钢和高合金钢塑性较差，在锻造操作相对送进量过小造成的。 （二）、纵向裂纹 （1）缺陷现象：经常在第一次拔长或镦粗时出现； 产生原因：锭模内壁缺陷和新锭模未很好退火，操作不当，高温、高速浇注，钢锭脱模冷却不当或脱模过早，倒棱时压下量过大，轧制钢锭时产生纵向划痕等。 （2）缺陷现象：在坯料近冒口中心出现； 产生原因：由于钢锭冷却时

15、缩孔未集中于冒口部分，锻造冒口端切头量过少，使坯料近冒口端存在二次缩孔或残余缩孔，锻造则引起纵向裂纹。,（三）、炸裂 缺陷现象：一般在坯料锻造前加热时或锻件冷却、热处理后，在表面或内部炸开而形成的裂纹； 产生原因：因为坯料具有较高的残余应力，在未予消除的情况下，错误的采用快速加热或不适当的冷却，即引起裂纹。 （ 四）、龟裂 缺陷现象：锻件在锻造时表面出现的龟甲状或裂纹；钢料表面较浅的龟裂应清除后再锻造； 产生原因：由于钢中Cu、Sn、As、S的含量较多，或者在加热炉中铜料渗入，熔化的铜渗入钢料晶界，造成铜料热脆，或者由于坯料始锻温度过高、开始锻造时锤击过重等原因造成。,（五）、白点 缺陷现象：锻件内部有银白色或灰色的圆形裂纹，钢中含：Ni、Cr、Mo、W等元素，在合金钢大型锻件中易产生； 产生原因：钢中含氢量过高，而锻后冷却或热处理工艺不当，便会产生该缺陷。 （六）、疏松 缺陷现象：沿钢锭中心的疏松组织锻造时未能锻合； 由于钢锭本身疏松严重或者锻造比不当，变形方案不佳，及锻造时相对送进量过小，不能锻透而引起该缺陷。 （七）、折叠 缺陷现象：在锻造过程中金属不合理的流动造成。 产生原因：因砧面形状不适当，砧边圆角过小和拔长时送进量小于单边压下量等原因。,