锻造缺陷产生机理识别及预防

• （一）白点对钢的力学性能的影响
• 白点的存在对钢的性能有极为不利的影响。它 使钢的力学性能降低，热处理淬火时使零件开裂 ，使用时造成零件的断裂。
• 白点对钢力学性能的影响与取样的位置及方向 有很大关系。当试样轴线与白点分布平行时，力 学性能的降低有时并不明显；当试样轴线与白点 分布垂直时，力学性能将显著下降，尤其是塑性 指针和冲击韧度降低更为明显。表1-1是白点对铬 、镍、钼结构钢钢坯力学性能的影响；表1-2是白 点对22CrMnMo钢齿轮轴力学性能的影响。
• 白点是锻件在冷却过程中产生来自一种内部 缺陷。在钢坯的纵向断口上呈圆形有椭圆 形的银白色斑点。合金钢白点的色泽光亮 ，碳素钢的较暗些。白色斑点的平均直径 由几毫米到几十毫米。图片1-1为时轮锻件 纵向断面上的白点。在钢坯的横向断口上 白点呈细小的裂纹（图片1-2）。从显微组 织上观察，在白点的邻近区域没有发现塑 性变形痕迹。因此，白点是纯脆性的。
• 1.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。
• 8.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。
• 6.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。
• 5.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。
• 6.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。
• 7.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。制成的刀具使用时刃口易崩裂。
• 2.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。
• 3.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
• 4.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
• 根据不完全的统计，在航空工业系统中，导致航空锻件报废的诸多 原因中，由于原材料固有缺陷引起的约占一半左右。因此，千万不可 忽视原材料的质量控制工作。
• 由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有：
• 1.表面裂纹2.折叠3.结疤 4.层状断口5.亮线（亮区）6.非金属夹杂
• 7.碳化物偏析8.铝合金氧化膜9.白点10.粗晶环11.缩管残余
锻造缺陷的产生机理、识别及预防
• 一、原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷
• 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。例如，内部的成分与 组织偏析等。原材料存在的各种缺陷，不仅会影响锻件的成形，而且 将影响锻件的最终质量。
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• 9.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。