锻件缺陷及产生的原因

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第655页（4351字）

锻件的缺陷按其表现形式可分为：外部缺陷、内部缺陷和性能缺陷三种．

外部缺陷有表面裂纹、缺肉、错位、折叠、麻坑、表面气泡和桔皮、几何形状和尺寸不符等．

内部缺陷有内裂、缩孔、白点、疏松、偏析、粗晶、异金属夹杂、锻造流纹紊乱、脱碳、带状组织、铸造组织残留等．

性能缺陷有强度、韧性、疲劳强度和塑性不合格等．

锻件缺陷如按生产过程划分，可分为：原材料产生的缺陷、锻造过程产生的缺陷及热处理过程产生的缺陷．

对锻件组织和性能有影响的原材料缺陷有：化学成分和杂质、原材料内部缺陷和表面缺陷、原材料流线等．

锻造过程中，对锻件组织和性能产生影响的因素有：变形温度、变形程度和变形方式、变形速度、加热速度和冷却速度，以及应力状态等．

锻件热处理对组织和性能产生不良影响的因素有：热处理工艺不合理及热处理前锻件化学成分不合格、锻造过程中产生的内部缺陷等．

为了便于分析查找锻件中常见的缺陷，减少缺陷，保证锻件质量，下面按锻造工序的顺序分析常见锻件缺陷及产生的原因．

8．4．1．1 由原材料产生的缺陷

由原材料产生的缺陷有：

(1)毛细裂纹：由于轧制金属材料时，钢锭皮下气泡被辗长后破裂而形成，常引起锻件裂纹．

(2)折叠：金属轧制时，轧辊上型槽定径不准或型槽磨损而产生毛刺，轧制时被卷入而形成折叠．

(3)层状断口：金属中存在非金属杂物、气孔、疏松、枝晶偏析等缺陷，在轧制过程中被拉长，使钢材出现片层状，往往在钢轴心部分出现．

(4)非金属杂物：主要是在钢熔炼和浇注过程中，金属与炉气、容器之间发生化学反应，以及耐火材料、砂子等物落入钢液中形成的．它会引起锻造裂纹及降低使用性能．

(5)碳化物偏析：由于钢中莱氏体共晶碳化物和二次网状碳化物在开坯和轧制时没有充分破碎和均匀分开而造成的．容易引起锻件过热、过烧及开裂．

(6)亮线：合金元素偏析造成．主要后果是降低材料的塑性和韧性．

(7)白点：钢中含氢较多和锻件冷却过快引起的．白点常引起疲劳裂纹．

(8)异金属夹杂物：主要是熔炼时外来金属混入造成的．它容易引起锻件产生裂纹，降低使用性能．8．4．1．2下料产生的缺陷

下料产生的缺陷有：

(1)切斜：下料时棒料没有压紧造成的．

(2)端部裂纹：刀片单位压力过大引起的，易引起锻造过程中裂纹扩大．

(3)气割裂纹：气割时预热不足，产生组织应力引起．

(4)砂轮切割裂纹：砂轮切割时产生大量的热，在切割断面上产生热应力，容易引起裂纹．

(5)凸芯裂纹：在车床下料时，中心常留有凸起，在锻造时，由于凸芯冷却快导致凸芯周围产生裂纹．

(6)端部凹陷：下料时，刀片间隙过校坯料中心金属不是被切断而是被拉断造成的，锻造时易产生折叠和开裂．

8．4．1．3 加热时产生的缺陷

加热时产生的缺陷有：

(1)过热：加热温度过高或加热时间过长引起的，造成晶粒粗大，使塑性和冲击韧性下降．

(2)过烧：加热温度过高或加热时间过长，使氧沿晶界渗透到晶粒之间，破坏晶粒之间的联系．

(3)加热裂纹：在坯料尺寸过大、钢导热性差、加热速度快时，坯料内外温差较大，产生的热应力大于坯料的强度，此时易发生加热裂纹．

(4)脱碳：坯料在高温下表层被氧化，使表层碳减少，容易引起强度和疲劳强度下降，磨损能力减弱．

(5)增碳：坯料加热时，由于油炉两个喷嘴的喷射交叉区不能充分燃烧易引起增碳，使切削加工困难．

(6)热透不足心部开裂：金属坯料加热时保温时间不足引起未热透，造成锻造中坯料外部变形大、内部变形校引起坯料心部开裂．

(7)铜脆：由于炉中残存氧化铜，加热时被铁还原为自由铜，使铜原子在高温下沿奥氏体晶界扩散，削弱晶粒间的联系．

(8)石状断口：主要是严重过热引起的，MnS冷却时沉淀在粗大奥氏体晶界上，削弱界面结合力，使冲击韧性下降．

8．4．1．4 锻造过程中产生的缺陷

锻造过程中产生的缺陷有：

(1)十字裂纹：在反复翻转90°的拔长过程中，送进量较大，使坯料横截面对角线上产生交变剪切，当剪切应力超过材料允许值时，沿对角线产生裂纹．

(2)冲孔裂纹：冲孔芯子没有预热或预热不足、冲孔时变形量过大都会引起冲孔裂纹．

(3)折叠：锻造变形时已氧化过的表层金属汇合一起引起的，影响强度，易产生疲劳源．

(4)锻件流线分布不当：主要是坯料尺寸、形状不合理，模具设计不当和锻造时方法选择不当引起的．

(5)裂纹：产生裂纹的主要原因是锻造时存在较大应力或变形速度过快、变形程度过大，以及坯料内部存在缺陷，加热温度不当造成材料塑性下降等．裂纹的危害较大，会破坏锻件的完整性．

(6)铸造组织残留：由锻造比不够和锻造方法不当造成的，使锻件冲击韧性和疲劳强度下降．

(7)带状组织：锻造时两相共存情况下变形产生的．主要影响冲击韧性指标．

(8)错位：模具安装不正或导轨间隙过大等原因造成的．

(9)晶粒不均匀：主要是始锻温度过高，变形量不均匀使晶粒破碎不一，局部区域变形程度进入临界变形．对于高温合金局部产生加工硬化，淬火加热时局部晶粒长大．此种缺陷造成锻件疲劳性能、持久性能下降．

(10)缺肉：毛坯加热不足、流动性差、预制模镗和制坯模膛设计不合理、锻压设备吨位选择过小等原因造成的．

8．4．1．5 切边产生的缺陷

切边产生的缺陷有：

(1)切边裂纹：材料塑性差易于引起切边裂纹．

(2)变形：在切边时，切边凸模与锻件接触过校存在不均匀接触引起的．

(3)毛刺：切边模间隙过大、刃口磨损、切边模安装不当都会引起毛刺．

(4)压伤：凸模与锻件接触面形状不符、堆压面过小易造成压伤．

8．4．1．6 锻压冷却不当形成的缺陷

锻后冷却不当形成的缺陷有：

(1)冷却裂纹：由于锻后冷却太快，造成锻件内部产生较大热应力和组织应力，形成裂纹．

(2)网状碳化物：锻件停锻时温度高、冷却速度慢，使碳化物沿晶界析出，引起热处理时淬火裂纹，恶化使用性能．

(3)冷却变形：锻后锻件产生残余应力或冷却不均引起应力造成变形．

8．4．1．6 锻后热处理产生的缺陷

锻后热处理产生的缺陷有：

(1)硬度过高或过低：热处理工艺中温度参数选择不当、加热时间不当、化学成分不合格都会引起硬度过高或过低．

(2)硬度不均：热处理工艺不当或一次装炉数量过多、保温不够或产生局部脱碳都会引起硬度不均．

(3)变形及裂纹：热处理工艺不合理、冷却方式不当，造成内部应力过大而引起变形和裂纹．

8．4．1．7 锻件清理中产生的缺陷

锻件清理中产生的缺陷有：

(1)腐蚀点：酸洗时浓度过高或锻件在酸洗槽中停留时间过长，锻件上有残留酸液引起的．

(2)腐蚀裂纹：锻件上残余应力没有得到及时消除，造成酸洗时出现应力腐蚀而形成裂纹．