造成锻件质量缺陷的因素探讨

造成锻件质量缺陷的因素探讨

曹环宇 姜诗楠 张宁

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116022

摘要：本文综合剖析了影响锻件质量的各种原因，以机车山连杆产品为例简要分析了原材料缺陷、备料问题和锻造工艺不当所造成的锻件质量缺陷，并提出了防止和克服质量问题的具体措施。

关键词：锻件；质量缺陷；影响因素

引言：

锻件质量缺陷是由于金属在塑性变形过程中受到多种因素影响，进而在锻造完成之后呈现出表面氧化、裂纹、折叠等表现。锻件质量缺陷在实际当中并不少见，而加强对锻件质量缺陷的影响因素研究和分析，对于进一步提高锻件质量，保证锻件实用价值，降低锻造成本有着一定的现实意义。

一、原材料缺陷

长轴类零件的锻造成型过程是一个受诸多因素影响的复杂变形过程，此类零件形状都较复杂，锻造所使用的原材料种类丰富，其中铸锭为基本的锻件原材料形式，而其他原材料则均是在铸锭基础上给予不同初加工方式所获取的半成品。造成原材料缺陷通常有以下几方面原因：

1. 表面裂纹

引发表面裂纹的因素众多，尤其是在原料中含有一定量气泡时，气泡会随着操作的深入而向特定的方向进行延伸，并同时会向上下两个方面持续发展，发展至表面时即为表面裂纹。表面裂纹对于锻件加工的影响较大，若在未处理表面裂纹的情况下就开展锻件加工，则可能会进一步发展为锻件裂纹，其一般以轴向裂纹的形式而存在。^[1]

（二）非金属杂质

非金属杂质是由于金属材料熔炼和浇铸操作不当所引发的，尤其是在耐火材料混入钢液时，最容易出现非金属杂质。非金属杂质在锻件中的形状表现多样化，包括点状、团状等。非金属杂质对于锻件质量的危害性取决于杂质总量的多少以及锻件的结构形式，当非金属杂质含量较高时，会直接导致锻件开裂或者材料性能下降。^[2]

2. 备料不当

（一）坯料弯曲、毛刺

备料不当导致钢锭在切断之前就存在弯曲的状况，而在钢锭弯曲状态下进行切割，会导致钢锭的部分被挤入模具的间隙当中，进行形成毛刺的形态。毛刺的存在对于后续锻造加工环节会造成直接的影响，包括局部过热、过烧等，锻件容易出现折叠和开裂的情况。

（二）下料问题

常用的下料方式有剪切下料、锯切下料，对比两种下料方式:（1）剪切下料：是在剪床上通过剪切刀片的作用力，当应力超过剪切强度时材料发生断裂。这主要是因为初批加工时，由于对刀片的压力控制不当，导致刀片出现单位压力过大的情况，一旦其单位压力过大，则会导致坯料端部被压扁为椭圆形，这种情况的出现意味着材料端部存在较大的内应力。而在坯料端部被压扁之后，内应力的存在会促使坯料逐步恢复原来的形状，进而在剪切4h左右时出现裂纹。端部裂纹的存在会在锻造阶段进一步扩展，并持续存在于锻件当中，而存在裂纹的锻件自然属于不合格的锻件。^[3]剪切下料的优点是效率高，操作简单，端口无金属损耗，模具费用低。缺点是坯料被局部压扁，端部不平整，剪断面常有刺和裂纹。（2）锯切下料：是最普遍的下料方法，虽然效率不及剪切效率高，但下料长度精确，锯切后端面平整，是常用的下料手段。连杆的生产属于中小批量生产，选用普遍使用的锯床下料即可。

三、锻造工艺不当

锻造过程中，金属流动情况复杂，不合理的毛坯在模锻时容易出现充不满、材料利用低等问题。因此，连杆锻造工艺设计十分重要，合理的锻造工艺，能保证在较高的材料利用率下得到合格锻件。此类产品作为重要受力件，不仅对形状尺寸精度要求高，对其综合机械性能要求也高。而锻造过程中微观组织演变不仅对变形过程本身产生作用，而且在很大程度上直接决定了产品的宏观力学性能。

1. 大晶粒存在

大晶粒是由于温度过高、变形程度不足所引发的，大晶粒问题的存在将直接降低锻件的塑性和韧性，尤其是锻件的疲劳性能下降明显，这种锻件虽然可以正常使用，但实际使用寿命相对较低，容易在使用过程中出现开裂等问题。

（二）“工字型”杆身截面折叠

连杆杆身与大端连接处宽度有突变，在制坯过程中，每次翻转后纵向移动量过大，使坏料杆部校细部位移入模膛内腔较大的断面处形成空腔，再次锤击时空腔两端金属向空腔汇流形成折叠。从工艺角度来考虑，制坯时沿纵向移动不宜过大，并且尽量使用大圆角过渡。制坯时，“工字型”截面材料应满足终锻模膛相应截面成形所需并且无剩余。设置的飞边阻力要适当，保证既能满足材料充满截面筋部，又能排出多余金属。“工字型”截面的结构尺寸要符合锻造条件，使金属能顺利地流向筋部。

（三）氧化和脱碳

锻件加热时表面形成的氧化铁皮，不但造成金属材料的浪费，还将使工件表面粗糙不平，降低尺寸精度和影响淬火质量。加热所引起的工件表层脱碳，不仅使其淬火后表层硬度不够而且会显著地降低起疲劳极限。^[4]加热温度越高、加热时间越长、加热次数越多，则氧化和脱碳的情况越严重。为了防止这种现象的发生，通常采用以下几点方法进行控制：(1)控制加热炉炉气中氧化性气体的含量,力求在炉子中形成中性气氛,实现少、无氧化加热；(2)尽量减少锻造加热次数,以减少脱碳层深度；（3）严格控制加热温度，在确保坯料均温的前提下，尽量减少坯料在高温下停留的时间。

（四）关键尺寸不稳定

锻件尺寸的不稳定，除模具设计不当外，可能是由终锻温度和校正温度控制不当引起。连杆大小头中心距受热胀冷缩的影响特别明显，如终锻温度或校正温度过低，会引起连杆锻件中心距加大。反之，会引起连杆锻件中心距减小。随后就要进行划线调整，使得连杆的整体强度、刚度受到影响。因此，终锻温度、校正温度一定要控制得当。

四、结语

通过上述分析可知，连杆等长轴类锻件的缺点对其使用寿命有着直接的影响，必须给予充分重视。原材料缺陷、备料问题以及锻造工艺不当均是引发质量缺陷的主要因素。由于连杆的断裂一般都在杆部，因此，对杆部的常见缺陷更应该注意防止和消除。锻造过程中需要深刻认识到每一种影响因素的基本机制和防控原则，并优化锻造流程，严控锻造工艺，减少锻造失误，从而在根本上保证锻件质量。

参考文献：

[1]盖会明. 浅析造成锻件质量缺陷的因素[J]. 军民两用技术与产品， 2018(12):177-178.

[2]黄华贵， 杜凤山， 许志强. 影响大锻件内部孔隙性缺陷扩散焊合的因素[J]. 钢铁研究学报， 2007(11):59-63.

[3]范俊锴， 彭波， 侯高杰. 大型锻件孔隙类缺陷锻后白点萌生特性研究[J]. 河南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 37(6):101-107.

[4]阮艳静，尹松森，陆亚综.连杆的锻造工艺及其应用[J].科技创新导报，2011，（8）.