铝合金模锻件粗晶缺陷浅析

铝合金挤压缺陷分析及质量控制方法在某些挤压制品的尾端，经低倍检查，在截面的中间部位有不合层形似喇叭状现象，称为缩尾。

时常可以见到一类缩尾或者二类缩尾两种情况。

一类缩尾位于制品的中心部位，呈皱褶状裂缝或者漏斗状孔洞。

二类缩尾位于制品半径1/2 区域，呈环状或者月芽状裂缝。

有时在离制品表面层0.5-2mm 处浮现连续的或者不连续的不合层裂纹或者裂纹痕迹，有人把它称为第三类缩尾。

普通正向挤压制品的缩尾比反向挤压的长，软合金比硬合金的长。

正向挤压制品的缩尾多表现为环形不合层，反向挤压制品的缩尾多表现为中心漏斗状。

金属挤压到后端，堆积在挤压筒死角或者垫片上的铸锭表皮和外来夹杂物流入制品中形成二次缩尾；当残料留得过短，制品中心补缩不足时，则形成一类缩尾。

从尾端向前，缩尾逐渐变轻以至彻底消失。

1、残料留得过短或者制品切尾长度不符合规定；2、挤压垫不清洁，有油污；3、挤压后期，挤压速度过快或者蓦地增大；4、使用已变形的挤压垫(中间凸起的垫)；5、挤压筒温度过高；6、挤压筒和挤压轴不对中；7、铸锭表面不清洁，有油污，未车去偏析瘤和折叠等缺陷；8、挤压筒内套不光洁或者变形，未及时用清理垫清理内衬。

防止方法：1、按规定留残料和切尾；2、保持工模具清洁干净；3、提高铸锭的表面质量；4、合理控制挤压温度和速度，在平稳挤压；5、除特殊情况外，严禁在工、模具表面抹油；6、垫片适当冷却。

有些的挤压制品在固溶处理后的低倍试片上，沿制品周边形成粗大再结晶晶粒组织区，称为粗晶环。

由于制品外形和加工方式不同，可形成环状、弧状及其他形式的粗晶环。

粗晶环的深度同尾端向前端逐渐减小以至彻底消失。

形成机理是由热挤压后在制品表层形成的亚晶粒区，加热固溶处理后形成粗大的再结晶晶粒区。

粗晶环主要的产生原因：1、挤压变形不均匀；2、热处理温度过高，保温时间过长，使晶粒长大；3、便金化学成份不合理；4、普通的可热处理强化合金经热处理后都有粗晶环产生，特别是6A02、2A50 等合金的型、棒材最为严重，不能消除，只能控制在一定范围内；5、挤压变形小或者变形不充分，或者处于临界变形范围，易产生粗晶环。

1锻造概述1.1锻造利用冲击力或静压力使加热后的坯料在锻压设备上、下砧之间产生塑性变形，以获得所需尺寸、形状和质量的锻件加工方法称为锻造。

常用的锻造方法为自由锻、模锻、胎模锻。

1.2自由锻利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧间向四周自由流动产生塑性变形，获得所需锻件的加工方法称为自由锻。

自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。

手工锻造只能生产小型锻件，机器锻造是自由锻。

1.3锻造特点1.3.1自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。

同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。

锻件形状简单，操作灵活。

1.3.2锻件和铸件相比锻件的优点1.3.2.1金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。

铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。

1.3.2.2铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。

此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件，都是铸件所无法比拟的。

1.3.2.3锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。

这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。

铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。

在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。

1.4应用领域自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。

锻件的常见缺陷及原因分析(2007/07/05 10:58)锻件的缺陷很多，产生的原因也多种多样，有锻造工艺不良造成的，有原材料的原因，有模具设计不合理所致等等。

尤其是少无切削加工的精密锻件，更是难以做到完全控制。

1.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。

2.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。

3.冷硬现象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。

4.裂纹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，则在镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中都可能产生裂纹。

5.龟裂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原材料合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。

锻造对金属组织、性能的影响与锻件缺陷锻件的缺陷包括表面缺陷和部缺陷。

有的锻件缺陷会影响后续工序的加工质量，有的则严重影响锻件的性能，降低所制成品件的使用寿命，甚至危及安全。

因此，为提高锻件质量，避免锻件缺陷的产生，应采取相应的工艺对策，同时还应加强生产全过程的质量控制。

概要介绍三方面的问题：锻造对金属组织、性能的影响与锻件缺陷；锻件质量检验的容和方法；锻件质量分析的一般过程。

（一）锻造对金属组织和性能的影响锻造生产中，除了必须保证锻件所要求的形状和尺寸外，还必须满足零件在使用过程中所提出的性能要求，其中主要包括：强度指针、塑性指针、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度和抗应力腐蚀性能等，对高温工作的零件，还有高温瞬时拉伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳性能等。

锻造用的原材料是铸锭、轧材、挤材和锻坯。

而轧材、挤材和锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工后形成的半成品。

锻造生产中，采用合理的工艺和工艺参数，可以通过下列几方面来改善原材料的组织和性能：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）改善第二相（例如：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、冲击韧度、疲劳强度及持久性能等也随之得到了提高，然后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。

但是，如果原材料的质量不良或所采用的锻造工艺不合理，则可能产生锻件缺陷，包括表面缺陷、部缺陷或性能不合格等。

（二）原材料对锻件质量的影响原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件，如原材料存在缺陷，将影响锻件的成形过程及锻件的最终质量。

如原材料的化学元素超出规定的围或杂质元素含量过高，对锻件的成形和质量都会带来较大的影响，例如：S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相，使锻件易出现热脆。

（作者单位：1.沈阳万恒锻造有限公司；2.沈阳市汽车工程学校）锻件产品缺陷分析及防止方法◎高杰1王本昊2为了保证质量，对于金属锻件必须进行质量检验。

对检验出有缺陷的锻件，根据使用要求（检验标准）和缺陷的程度确定其合格、或报废、或经过修补后使用。

一、自由锻件常见缺陷及其原因和防止方法（一）裂纹1.表面裂纹。

（1）表面横向裂纹。

锻造时坯料表面出现横向较浅的裂纹，是由于钢锭皮下气泡暴露于表面不能锻合而形成的，其深度可达10mm 以上；或者操作时送进量过大，在塑性较差的金属坯料上也会出现这种缺陷。

锻造时坯料坯料表面出现横向较深的裂纹，是由于钢锭浇注和脱模后冷却不当等多种原因引起的，严重时由于浇注中断而造成横断成两截，成为无法挽救的废品。

表面横向裂纹往往在第1火次锻造中出现。

一经发现，大型锻件可用火焰吹氧清理去掉，小锻件可用小剁刀剁除，以免裂纹在锻造时继续扩大。

防止方法是控制和保证钢锭的质量，改善钢锭起模后的冷却工艺，并控制操作时坯料的送进量。

（2）表面纵向裂纹。

在第一次加热后鐓拔长或粗时，产生在坯料表面上的纵向裂纹，时由于钢锭模内壁缺陷或浇注操作不当或起模后冷却不当，以及钢锭倒棱时压下量过大，或者钢坯在扎制时就产生有纵向划痕造成的。

锻造时一经发现纵向裂纹应立即消除，以免缺陷继续扩大。

防止的方法是：提高钢锭质量；保证浇注操作的正确性；起模时控制冷却工艺；钢锭倒棱时控制压下量；对钢坯表面划痕较多的禁止使用，等等。

2.内部裂纹。

（1）内部横向裂纹。

这是不能从锻件外表看见的缺陷，只能通过磁力探伤、超声波检查发现。

产生的原因是：冷钢锭在加热过程中，低温区的加热速度过快，或者塑性较差的高碳钢、高合金钢在锻造操作时相对送进量L/D （或L/H ）小于0.5。

防止的方法是控制冷钢锭的加热速度，特别是在低温区；还有就是控制锻造操作时的相对送进量。

（2）内部纵向裂纹。

锻件内部可能产生3种纵向裂纹：①在坯料冒口端中心附近因存在残余缩孔或二次缩孔，锻后引起纵向内裂纹。

铝合金锻件的常见缺陷及对策铝合金材料因其密度较小，强度适宜，因而得到广泛的应用。

根据成分和工艺性能不同，铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。

变形铝合金按其热处理强化能力又可分为热处理不强化铝合金和热处理强化铝合金。

变形铝合金按其使用性能及工艺性能可分为防锈铝合金（用LF表示）、硬铝合金（用LY表示），超硬铝合金（用LC 表示）和锻铝合金（用LD表示）。

影响铝合金再结晶温度的主要因素有：合金成分、压力加工前的均匀化规范、压力加工方式（应力状态）、变形温度、变形速度、变形程度和最终热处理制度等。

铝合金的晶粒尺寸对力学性能有较大影响，铝合金锻件中的粗晶显著降低强度极限和屈服极限，降低零件的使用性能和寿命。

因此，锻造铝合金时需注意控制晶粒度。

铝合金锻件的晶粒大小与变形温度、变形程度、受剪切变形的情况以及固溶处理前的组织状态等有关。

详见几种主要缺陷形成的机理和对策中的备料不当产生的缺陷及其对锻件的影响。

供锻造和模锻的铝合金原坯料，一般采用铸锭和挤庄坯料，个别情况下亦采用轧制坯料。

铸锭坯料往往具有疏松、气孔、缩孔、裂纹、成层、夹渣、氧化膜和树枝状偏析等缺陷。

挤压坯料一般具有粗晶环、成层、缩尾、夹渣、氧化膜和表皮气泡等缺陷。

铝合金坯料的上述缺陷，不仅锻造时容易开裂，而且直接影响到锻件质量，所以锻前需要按标准对坯料进行检查，合格后方能投产。

铝合金的锻造特点如下：1.塑性较低铝合金的塑性受合金成分和锻造温度的影响较大。

大多数铝合金对变形速度不十分敏感，但是随着合金中合金元素含量的增加，合金的塑性不断下降。

2.流动性差铝合金质地很软，外摩擦系数较大，所以流动性较差，模锻时难于成形。

3.锻造温度范围窄铝合金的锻造温度范围一般都在150℃以内，少数高强度铝合金的锻造温度范围甚至不到100℃，由于铝合金的锻造温度范围很窄，所以一般都采用能精确控制加热温度的带强制循环空气的箱式电阻炉或普通箱式电阻炉进行加热，温差控制在上±10℃以内。

浅析造成锻件质量缺陷的因素摘要：锻件质量会受到很多方面的影响，其中就包括了原材料以及锻造方法的影响，不同的锻造方法以及不同质量的原材料都会影响到最终锻件的质量。

为了能够更好的保证我们最终锻件的质量，我们将会详细的研究造成锻件质量缺陷的原因，并且制定相应的解决措施。

关键词：锻件质量；金属材料；缺陷因素；解决措施引言：随着科技生活的不断进步，我们生活中的金属制品也逐渐变得越来越多，金属制的碗筷，以金属为基础打造的房子地基等等。

而金属材料在一些情况下要进行互相的锻接，从而达到人们想要使用的样子，将金属进行锻接以达到更多的使用方式是一种相当常见的手段。

在如今各个行业都飞速发展，需要使用到金属材料的时候，金属材料不适应当时的情况，那么锻接就在所难免。

所以锻接金属材料是一件非常常见的事情，但是这种手段在一定程度上并不够安全，常常会出现因为锻接不当而导致锻材不够稳定，不够坚韧的情况。

一、造成锻件质量缺陷的因素锻造后的金属材料有很多方面的缺陷，首先我们最常见的也是每一种锻造后金属材料身上必然拥有的一种缺陷，就是锻造裂纹。

这种裂纹是在锻造后的锻造处会经常看到的一种裂纹，通常情况下分为热裂纹和冷裂纹，这两种裂纹对于整个金属材料来说都是一种巨大的缺陷，会导致整个金属材料变得脆弱，尤其是锻造出的原件，有裂缝的部分会变得比其他部分更加的易断，容易发生开裂的情况。

热裂纹的出现原因就是因为在锻造的过程中，因为锻造时的高温导致金属材料附近的金属液化，然后迅速固化而导致的裂痕，这种快速的热胀冷缩过程会导致金属变得脆弱，也变得更加易断。

这种出现的主要因素是因为某些金属，其内部就混杂着一些其他熔点比较低的杂质，当所用金属熔化的过程中，高温使这些杂质快速融化并且液化，当需要金属停止融化并且降低温度时，这些杂质会因为气温的降低而发生物理的变化，因为密度和体积的因素使得金属材料与这些杂质不相吻合，所以在冷却的过程之中出现了裂缝。

冷裂纹，这种冷裂纹会多出现在锻造的锻造线上，但是这种裂纹并不像热裂纹在锻造后就会立马出现，而是会在锻造后的几天后浮现在锻造线上。

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金属材料的晶粒大小不是一成不变的，一般情况下，随着晶粒细化，钢的屈服强度、疲劳强度提高，同时具有很高的塑性和冲击韧性。

但发生粗晶时，锻材的塑性性能便会明显下降，影响了材料使用寿命。

粗晶影响因素：
1.变形温度
加热条件下，原子的活动能力增加，随着加热温度升高，原子的扩散能力增加，晶粒长大趋势加剧，细晶粒极易变为粗晶粒。

加热温度越高，粗晶越严重。

2、保温时间
高温保温时间越长，粗晶现象越严重，但较加热温度影响小。

3、变形程度
粗晶可以通过热变形消除，原始加热温度越高，所需变形程度越大。

预防粗晶应采取的措施：
1、锻造前加热温度应严格控制在平衡图固相线（AE）以下150-250℃。

保温时间不宜过长，要根据锭型确定合理的保温时间。

2、锻造变形可以打碎粗大的奥氏体晶粒，细化组织，消除粗晶。

3、锻造过程中应尽量避免出现锻件上只加热而不变形部分。

4、在决定最后一次的加热温度时，要根据剩余变形量决定，以免由于终锻温度过高，引起晶粒粗大，变形程度过小，锻造变形力传递不到锻件中心。

在锻造变形时，应避免小压下量变形工艺。

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