原材料和锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响

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1、原材料和锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响（一）原材料对组织和性能的影响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、挤压及锻造加工后形成的半成品。对铸锭子来说，炉料成分、冶炼方法及锻造工艺是决定其质量的重要环节。而轧制、挤压及锻造加工过程，则是决定相应半成品质量的又一环节。原材料在进入锻造过程之前，需经尺寸、表面质量、化学成分、高倍组织、低倍组织及机械性能的检验，符合技术条件要求后方能投入生产。原材料的化学成分、高倍组织、低倍组织及机械性能是保证锻件组织性能的基础，而原材料的尺寸和表面质量直接影响锻件的工艺塑性及成形。此外，原材

2、料的可锻性及其再结晶特点是确定锻造工艺参数的基础。因此，原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件。但是，原材料的质量检验具有一定的局限性（如：漏检和取样不具有代表性等等），原材料的技术条件规定的检验方法，不可能把钢材内部的所有质量问题都暴露出来，如：内部成分与偏析等。因此，原材料存在的各种缺陷，势必影响锻件的成形过程及锻件的最终质量。原材料对锻件组织和性能的影响，主要有以下几个方面：1.化学成分及杂质元素的影响在原材料的技术条件中，对化学元素皆规定了相应的成分范围，对杂质元素S、P、Cu、Sn、Pb等也有一定的限制。化学元素超出规定的范围和杂质元素含量过高对锻

3、件的成形和质量都会带来较大的影响。S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相，使锻件易出现热脆。含Al量对合金结构钢的本质晶粒度有一定影响。为了获得本质细晶粒钢，钢中残余铝含量需控制在一定范围内（如：Al酸0.02~0.04%）.含铝量过少,起不到控制晶粒长大的作用；含铝量过多，压力加工时在形成纤维组织的条件下易造木纹断口、撕痕状断口等，这些都会降低锻件的机械性能和使用性能。在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢中，Ti、Si、Al、Mo的含量越多，则铁素体相越多，锻造时越易形成表面裂纹，并使零件有磁性。原材料中的共晶相对锻件的形成及锻件质量有很大的影响，它使材料在锻

4、前加热时容易过烧和降低材料的塑性指标等。如：莱氏体工具钢中的一次共晶碳化物，铝合金挤压棒材中的树支状共晶化合物等。而钛合金原材料中的粗大β相直接影响锻件的常规机械性能。2.原材料内部缺陷的影响原材料内部的缩管残余、皮下气泡、严重碳化物偏析、粗大的非金属夹杂物（夹渣）等缺陷，易使锻件产生裂纹。原材料内部的树支状晶、严重疏松、非金属夹杂物、白点、翻皮、氧化膜、分层、偏析带及异金属混入等缺陷，易引起锻件性能下降。微量的非金属夹杂物对冷轧辊及轴承钢的寿命也有较大的影响。3.原材料表面缺陷的影响原材料表面裂纹、折迭、结疤、粗晶环等易造成锻件的表面裂纹。4.原材料流线的影

5、响供锻造和模锻的轧材、挤材及锻坯均具有纤维组织，因此其性能都具有方向性，这也是造成锻件性能呈方向性的基本原因。其方向性的严重程度，既取决于原材料中S、P及其他杂质的含量、又取决于原材料的锻比。因此，选择锻件的锻造方案时，应根据零件的受力情况，注意流线的正确分布。原材料的可锻性及再结晶特点对锻件成形和锻件质量也有很大的影响。可锻性良好的材料成形性好。一般来说碳钢和合金结构钢的工艺塑性较高，变形抗力较低，可锻性好。而高合金及高温合金的工艺塑性低，变形抗力大，可锻性差。铝合金居中，各种合金都有一定的临界变形范围，当变形程度在此范围内时，晶粒特别粗大，使锻件的机械性能

6、降低，锻造时应避开这个临界变形范围。（二）锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响为获得良好组织性能的锻件，除了需要保证良好的原材料质量外，还需要有合理的锻造工艺过程和热处理工艺。锻造工艺过程一般有以下工序组成，即下料、加热、成形、锻后冷却、酸洗（腐蚀）及锻后热处理。成形工序包括自由锻、模锻、切边和校正；自由锻包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲及扭转等；模锻包括拔长、滚挤、预锻、终锻和顶镦等。从上述工序来看，锻造工艺过程对锻件组织和性能的影响，最终可以归结为热力学因素的影响。所谓热力学因素就是指变形温度、变形速度、冷却速度和应力状态等等。选择合理的热力学因素，可以通过下列几

7、方面来改善原材料的组织：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，焊合内部孔隙，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、模锻、使锻件得到合理的纤维方向分布；   3．控制晶粒的大小和均匀度；   4．改善异相（如：莱氏体钢中的合金碳化物）的分布；   5．使组织得到形变强化或形变—相变强化等。由于上述组织的改善，使锻件的塑性、冲击韧性、疲软强度及持久性能等也随之得到了改善，然后再通过零件的最后热处理就能得到零件所要求的硬度、强度和塑性等良好的综合性能和组织。   以下具体讨论热力学因

8、素对锻件组织性能的影响。   1.变形