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车辆工程

汽车制造工艺简介——锻造

时间:2017-05-26 09:25:45   作者:   来源:   阅读:166   评论:0
    锻造在中国有着悠久的历史,它是以手工作坊的生产方式延续下来的。大概是在20世纪初。它才逐渐以机械工业化的生产方式出现在铁路、兵工、造船等行业中。这种转变的主要标志就是使用了锻造能力强大的机器。

    在汽车制造过程中,广泛地采用锻造的加工方法。随着科技的进步,对工件精度要求的不断提高,具有高效率、低成本、低能耗、高质量等优点的精密锻造技术得到越来越广泛的应用。依据金属塑性成形时的变形温度不同,精密冷锻成形可分为冷锻成形、温度成形、亚热锻成形、热精锻成形等,生产的汽车零部件包括:汽车离合器接合齿圈、汽车变速器的输入轴零件、轴承圈、汽车等速万向节滑套系列产品、汽车差速器齿轮、汽车前轴等。

一、锻造的定义和分类

1、锻造的定义

    锻造是一种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,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。

通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。

2、锻造的分类

    按照生产工具不同,可以将锻造技术分成自由锻造,模块锻造,碾环和特种锻造。

    自由锻:指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。

    模锻:指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。温锻和冷锻是模锻的未来发展方向,也代表了锻造技术水平的高低。

碾环:指通过专用设备碾环机生产不同直径的环形零件,也用来生产汽车轮毂、火车车轮等轮形零件。

   特种锻造:包括辊锻、楔横轧、径向锻造、液态模锻等锻造方式,这些方式都比较适用于生产某些特殊形状的零件。例如,辊锻可以作为有效的预成形工艺,大幅降低后续的成形压力;楔横轧可以生产钢球、传动轴等零件;径向锻造则可以生产大型的炮筒、台阶轴等锻件。

    按照锻造温度,可以将锻造技术分为热锻、温锻和冷锻。

    钢的开始再结晶温度约727℃,但普遍采用800℃作为划分线,高于800℃的是热锻;在300~800℃之间称为温锻或半热锻,在室温下进行锻造的称为冷锻。用于大多数行业的锻件都是热锻,温锻和冷锻主要用于汽车、通用机械等零件的锻造,温锻和冷锻可以有效的节材。

    根据锻模的运动方式,锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。

3、锻造用料

    锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢,其次是铝、镁、铜、钛等及其合金,铁基高温合金,镍基高温合金,钴基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成,只是这些合金由于其塑性区相对较窄,所以锻造难度会相对较大,不同材料的加热温度,开锻温度与终锻温度都有严格的要求。

    材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。

    正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

二、常用的锻造方法及其优缺点

1. 自由锻

    自由锻是指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。

    自由锻都是以生产批量不大的锻件为主,采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工,获得合格锻件。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。自由锻采取的都是热锻方式。

    自由锻造工序

    包括基本工序、辅助工序、精整工序。

    自由锻造的基本工序:镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移及锻接等,而实际生产中最常用的是镦粗、拔长、冲孔这三种工序。

    辅助工序:预先变形工序,如压钳口、压钢锭棱边、切肩等。

    精整工序:减少锻件表面缺陷的工序,如清除锻件表面凹凸不平及整形等。

优点:

  •     锻造灵活性大,可以生产不足100kg的小件,也可以生产大至300t以上的重型件;
  •     所用工具为简单的通用工具;
  •     锻件成形是使坯料分区域逐步变形,因而,锻造同样锻件所需锻造设备的吨位比模型锻造要小得多;
  •     对设备的精度要求低;
  •     生产周期短。

    缺点及局限性:

  •     生产效率比模型锻造低得多;
  •     锻件形状简单、尺寸精度低、表面粗糙;工人劳动强度高,而且要求技术水平也高;
  •     不易实现机械化和自动化。

2. 模锻

    模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确,加工余量较小,结构也比较复杂生产率高。

    按所用设备的不同分类:锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机上模锻及摩擦压力机上模锻等。

    锤上模锻最常用的设备是蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤和高速锤等。

    锻模模膛:

    根据其功用不同可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。

1)模锻模膛

(1) 预锻模膛:

    预锻模膛的作用是使毛坯变形到接近于锻件的形状和尺寸,这样在进行终锻时,金属容易填满模膛而获得锻件所需要的尺寸。对于形状简单的锻件或批量不大时可不设预锻模膛。预锻模膛的圆角和斜度要比终锻模膛大得多,而且没有飞边槽。

(2) 终锻模膛:

    终锻模膛的作用是使毛坯最后变形到锻件所要求的形状和尺寸,因此,它的形状应和锻件的形状相同;但因锻件冷却时要收缩,故终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢锻件收缩量取1.5%。另外,沿模膛四周有飞边槽,用以增加金属从模膛中流出的阻力,促使金属充满模膛,同时容纳多余的金属。

2)制坯模膛

    对于形状复杂的锻件,为了使毛坯形状基本符合锻件形状,以便使金属能合理分布和很好地充满模膛,就必须预先在制坯模膛内制坯。

(1) 拔长模膛:

    它是用来减少毛坯某部分的横截面积,以增加该部分的长度。拔长模膛分为开式和闭式两种。

(2) 滚压模膛:

    它是用来减少毛坯某一部分的横截面积,以增加另一部分的横截面积,从而使金属按锻件形状来分布。滚压模膛分为开式和闭式两种。

(3) 弯曲模膛:

    对于弯曲的杆类模锻件,需用弯曲模膛来弯曲毛坯。

(4)切断模膛:

    它是在上模与下模的角上组成一对刀口,用来切断金属。

 汽车制造工艺简介——锻造

图13 切断模膛

优点:

  •    生产效率较高。模锻时,金属的变形在模膛内进行,故能较快获得所需形状;
  •     能锻造形状复杂的锻件,并可使金属流线分布更为合理,提高零件的使用寿命;
  •     模锻件的尺寸较精确,表面质量较好,加工余量较小;
  •     节省金属材料,减少切削加工工作量。
  •     在批量足够的条件下,能降低零件成本。

缺点及局限性:

  •     模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制,大多在7OKg以下;
  •     锻模的制造周期长、成本高;
  •     模锻设备的投资费用比自由锻大。

3. 辊锻

    辊锻是指用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形,从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。

    辊锻变形原理如上所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加,少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断减小。辊锻适用于轴类件拔长,板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。

    辊锻可用于生产连杆﹑麻花钻头﹑扳手﹑道钉﹑锄﹑镐和透平叶片等。辊锻工艺利用轧制成形原理逐步地使毛坯变形。

与普通模锻相比﹐辊锻具有设备结构较简单﹑生产平稳﹑振动和噪音小﹐便于实现自动化﹑生产效率高等优点。

4、胎模锻

    胎模锻是采用自由锻方法制坯,然后在胎模中最后成形的一种锻造方法,是介于自由锻与模锻之间的一种锻造方法。在模锻设备较少,大部为自由锻锤中小型企业应用普遍。

    胎模锻使用胎模的种类很多,生产中常用的有:型摔,扣模,套模、垫模,合模等。

    闭式筒模多用于回转体锻件的锻造。如两端面带凸台的齿轮等,有时也用于非回转体锻件的锻造。闭式筒模锻造属无飞边锻造。

    对于形状复杂的胎模锻件,则需在筒模内再加两个半模(即增加一个分模面)制成组合筒模,毛坯在由两个半模组成的模膛内成形。

    合膜通常由上下模两部分组成。为了使上下模吻合及不使锻件产生错移,经常用导柱和导销定位。合模多用于生产形状复杂的非回转体锻件,如连杆、叉形锻件等。

    胎模锻与自由锻相比有如下优点 :

  •     由于坯料在模膛内成形,所以锻件尺寸比较精确,表面比较光洁,流线组织的分布比较合理,所以质量较高;
  •     胎模锻能锻出形状比较复杂的锻件;由于锻件形状由模膛控制,所以坯料成形较快,生产率比自由锻高1~5倍;
  •     余块少,因而加工余量较小,既可节省金属材料,又能减少机加工工时。

缺点及局限性:

  •     需要吨位较大的锻锤;
  •     只能生产小型锻件;
  •     胎模的使用寿命较低;
  •     工作时一般要靠人力搬动胎模,因而劳动强度较大;
  •     胎模锻用于生产中、小批量的锻件。

三、锻造缺陷及分析

    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。再加上在锻造过程中锻造工艺的不当,最终导致锻件中含有缺陷。以下简单介绍一些锻件中常见的缺陷。

1. 由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有:

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,锻造时便可能扩展引起锻件裂纹。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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

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,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。

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。

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。

2. 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。

    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。

    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口之间的间隙过大或由于刃口不锐利,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。

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。

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3~4h发现端部出现裂纹。主要是由于刀片的单位压力太大,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。

气割裂纹

    气割裂纹一般位于坯料端部,是由于气割前原材料没有预热,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。

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,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。

3. 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:

(1)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;

(2)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;

(3)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。

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。

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1.5~1.6mm,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。

过热

    过热是指金属坯料的加热温度过高,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β相晶界和平直细长的魏氏组织。合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口。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。

    一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,这种过热常被称之为稳定过热。

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、Cr12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。

加热裂纹

    在加热截面尺寸大的大钢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。

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。

4.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

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。

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、疲劳性能明显下降。

冷硬现象

    锻造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。

裂纹

    锻造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,则在撤粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中都可能产生裂纹。

龟裂

    锻造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:

(1)材料合Cu、Sn等易熔元素过多;

(2)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;

(3)燃料含硫量过高,有硫渗人钢料表面。

飞边裂纹

    锻造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:①在模锻操作中由于重击使金属强烈流动产生穿筋现象。②镁合金模锻件切边温度过低;铜合金模锻件切边温度过高。

分模面裂纹

    锻造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。

折叠

    锻造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等有关。

    锻造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。

穿流

    锻造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。

    锻造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。

锻件流线分布不顺

    锻造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。

铸造组织残留

    锻造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。

    锻造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。

    碳化物偏析级别不符要求

    锻造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裂。制成的刃具和模具使用时易崩刃等。

带状组织

    锻造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。

局部充填不足

    锻造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:①锻造温度低,金属流动性差;②设备吨位不够或锤击力不足;③制坯模设计不合理,坯料体积或截面尺寸不合格;④模膛中堆积氧化皮或焊合变形金属。

欠压

    锻造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:①锻造温度低。②设备吨位不足,锤击力不足或锤击次数不足。

错移

    锻造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:①滑块(锤头)与导轨之间的间隙过大;②锻模设计不合理,缺少消除错移力的锁口或导柱;③模具安装不良。

轴线弯曲

    锻造锻件轴线弯曲,与平面的几何位置有误差。产生的原因可能是:①锻件出模时不注意;②切边时受力不均;③锻件冷却时各部分降温速度不一;④清理与热处理不当。

5. 锻后冷却工艺不当常产生的缺陷

    锻后冷却不当产生的缺陷通常有以下几种。

冷却裂纹

    锻造锻后冷却过程中,锻件内部会由于冷却速度过快而产生较大的热应力,也可能由于组织转变引起较大的组织应力。如果这些应力超过锻件的强度极限,则使锻件产生光滑细长的冷却裂纹。

网状碳化物

    锻造在锻造合碳量高的钢时,如果停锻温度高,冷却速度过慢,则会造成碳化物沿晶界呈网状析出。例如,轴承钢在870~770℃缓冷,则碳化物沿晶界析出。

    锻造网状碳化物在热处理时易引起淬火裂纹。另外,它还使零件的使用性能变坏。

6. 锻后热处理工艺不当常产生的缺陷

    锻后热处理工艺不当产生的缺陷通常有:

    硬度过高或硬度不够

    锻造由于锻后热处理工艺不当而造成的锻件硬度不够的原因是:①淬火温度太低;②淬火加热时间太短;③回火温度太高;④多次加热引起锻件表面严重脱碳;⑤钢的化学成分不合格等。

    锻造由于锻后热处理工艺不当而造成的锻件硬度过高的原因是:①正火后冷却太快;②正火或回火加热时间太短;③钢的化学成分不合格等。

硬度不均

    锻造造成硬度不均的主要原因是热处理工艺规定不当,例如一次装炉量过多或保温时间太短;或加热引起锻件局部脱碳等。

7. 锻件清理工艺不当常产生的缺陷

    锻造锻件清理时产生的缺陷通常有以下几种。

酸洗过度

    锻造酸洗过度会使锻件表面呈疏松多孔状。这种缺陷主要是由于酸的深度过高和锻件在酸洗槽中停留时间太长,或由于锻件表面清洗不净,酸液残留在锻件表面上引起的。

腐蚀裂纹

    锻造马氏体不锈钢锻件锻后如果存在较大的残余应力,酸洗时则很容易在锻件表面产生细小网状的腐蚀裂纹。若组织粗大将更加速裂纹的形成。

四、精密锻造在汽车工业中的应用

    近年来,由于精密锻造技术的迅速发展,推动了汽车制造业的进步。冷锻件和温锻件越来越多地用到汽车工业中,产品形状越来越接近最终形状,精密锻造将随着未来工艺和相关技术的进步得到相应发展。另基于降低生产成本、减轻产品重量、简化零件设计与制造及提升产品附加价值等目的,金属塑性成形领域正积极朝向高精度净形成形技术发展。

    净形成形之定义如下:

(1) 相对于传统塑性成形(Plastic Forming),可得较小之后续机械加工,即可符合零件之尺寸及公差要求之成形制程。

(2) 成形零件局部重要位置不须后续机械加工,即可符合零件之尺寸及公差要求之成形制程。

(3) 在符合零件之尺寸及公差范围内,锻件可不须后续机械加工之成形制程。

金属塑性加工现正朝着三大目标发展:

(1) 制品精密化(净形零件开发)

(2) 制程合理化(以最小投资成本及生产成本为制程整合与应用之原则)

(3) 自动化、省力化


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