鍛造加工的常見問題及解決方案

鍛造加工是利用外力使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能鍛件的工藝過程。在實際生產(chǎn)中，常因原材料、工藝參數(shù)、設(shè)備操作等因素出現(xiàn)各類問題。以下是鍛造加工中常見問題、原因及對應(yīng)的解決方案：

一、加熱環(huán)節(jié)常見問題

1. 過熱與過燒

問題表現(xiàn)：

過熱：金屬晶粒粗大，鍛件力學(xué)性能（尤其是韌性）下降。

過燒：晶界氧化或熔化，鍛件表面出現(xiàn)龜裂，完全報廢。

原因：

加熱溫度過高或保溫時間過長。

爐溫控制不均，局部溫度超標(biāo)。

解決方案：

嚴(yán)格控制加熱溫度（參考金屬材料的始鍛溫度），使用溫控精度高的加熱設(shè)備（如電阻爐、感應(yīng)爐）。

避免坯料在高溫區(qū)長時間停留，采用階梯式升溫或快速加熱工藝。

定期校準(zhǔn)測溫儀表，確保爐溫均勻性。

2. 氧化與脫碳

問題表現(xiàn)：

氧化皮增厚，造成鍛件表面粗糙、尺寸精度下降。

脫碳導(dǎo)致表層硬度降低，影響零件耐磨性和疲勞強(qiáng)度。

原因：

加熱時金屬與空氣中的氧氣、水蒸氣等反應(yīng)。

高溫下碳元素向表面擴(kuò)散并與介質(zhì)反應(yīng)。

解決方案：

采用少無氧化加熱（如控制爐內(nèi)氣氛為中性或還原性），或使用 protective coatings（防氧化涂料）。

縮短加熱時間，減少高溫段停留時長。

對脫碳敏感的材料（如高碳鋼、模具鋼），可采用真空加熱或快速感應(yīng)加熱。

二、變形環(huán)節(jié)常見問題

1. 鍛造裂紋

問題表現(xiàn)：

表面裂紋：沿鍛件表面擴(kuò)展，呈直線或網(wǎng)狀。

內(nèi)部裂紋：隱藏于鍛件內(nèi)部，探傷時發(fā)現(xiàn)（如中心裂紋、放射狀裂紋）。

原因：

原材料問題：冶金缺陷（如縮孔、夾雜物、偏析）、晶粒粗大。

工藝問題：加熱速度過快（導(dǎo)致內(nèi)外溫差大）、變形量過大（尤其拔長時送進(jìn)量過?。⒆冃螠囟冗^低（金屬塑性下降）。

模具問題：模具圓角過小、表面粗糙，或打擊速度過快導(dǎo)致應(yīng)力集中。

解決方案：

嚴(yán)格檢驗原材料，避免使用有缺陷的坯料；鍛造前進(jìn)行均勻化退火改善組織。

控制加熱速度（尤其高合金鋼需緩慢加熱），保證坯料內(nèi)外溫度均勻。

合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)（增大圓角、優(yōu)化拔模斜度），采用合適的變形速率（如液壓機(jī)比鍛錘更適合低塑性材料）。

控制單次變形量（拔長時送進(jìn)量與單邊壓縮量之比≥1.5，避免 “十字裂紋”）。

2. 折疊與夾層

問題表現(xiàn)：

鍛件表面出現(xiàn)直線或曲線狀凹陷，嚴(yán)重時形成夾層，探傷可發(fā)現(xiàn)。

原因：

模具設(shè)計不合理（如模膛間距過小、飛邊槽位置不當(dāng)），金屬流動紊亂。

操作不當(dāng)（如拔長時壓下量過大、翻轉(zhuǎn)不及時，或鐓粗時坯料鼓形過大）。

解決方案：

優(yōu)化模具設(shè)計，確保金屬流動順暢，飛邊槽尺寸匹配。

規(guī)范操作流程：拔長時控制壓下量（≤坯料高度的 1/3），鐓粗時防止坯料過度鼓形（高徑比 H/D=2~2.5，避免失穩(wěn)彎曲）。

對已產(chǎn)生折疊的鍛件，需修磨或切除缺陷部位，嚴(yán)重時報廢。

3. 尺寸精度不足

問題表現(xiàn)：

鍛件尺寸超出公差范圍，如長度、厚度不均勻，或模鍛件錯模。

原因：

模具磨損、安裝不到位（如鍛模錯模）或彈性變形過大。

坯料體積計算誤差、加熱后氧化皮脫落導(dǎo)致體積變化。

冷卻過程中收縮不均勻（尤其復(fù)雜形狀鍛件）。

解決方案：

定期檢修模具，磨損嚴(yán)重時更換或補(bǔ)焊修復(fù)；確保模具安裝精度（如使用導(dǎo)柱、導(dǎo)鎖定位）。

精確計算坯料體積，預(yù)留適當(dāng)加工余量（考慮氧化皮損失和收縮量）。

采用等溫鍛造或熱模鍛工藝，減少冷卻收縮影響；復(fù)雜鍛件可通過數(shù)值模擬（如 Deform、Forgemap）優(yōu)化工藝參數(shù)。

三、冷卻環(huán)節(jié)常見問題

1. 冷卻開裂

問題表現(xiàn)：

鍛件冷卻后內(nèi)部或表面出現(xiàn)裂紋，尤其高碳高合金鋼（如 Cr12、高速鋼）易發(fā)生。

原因：

冷卻速度過快，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力（熱應(yīng)力、組織應(yīng)力）超過材料強(qiáng)度極限。

鍛后未及時退火，殘留應(yīng)力未能釋放。

解決方案：

根據(jù)材料特性選擇冷卻方式：

空冷：適用于低碳鋼、普通合金鋼（如 45 鋼、40Cr）。

坑冷 / 砂冷：適用于中高碳鋼、低合金鋼（如 T8、20CrMnTi），放入干砂或石灰坑中緩慢冷卻。

爐冷：適用于高合金鋼、高碳鋼及大型鍛件，鍛后立即轉(zhuǎn)入退火爐隨爐冷卻。

鍛后及時進(jìn)行去應(yīng)力退火或球化退火，消除內(nèi)部應(yīng)力。

2. 組織不均勻

問題表現(xiàn)：

鍛件內(nèi)部晶粒大小不一（如混晶），或出現(xiàn)帶狀組織、魏氏組織。

原因：

變形溫度不均勻（局部過熱或低溫變形），或變形程度不足（未達(dá)到再結(jié)晶溫度）。

冷卻速度不均勻，導(dǎo)致相變不一致。

解決方案：

保證加熱均勻性，控制變形溫度在合理區(qū)間（始鍛溫度～終鍛溫度）。

確保足夠的變形量（一般≥15%~20%），使金屬充分再結(jié)晶；對大型鍛件采用多向鍛造破碎粗大組織。

冷卻過程中保持環(huán)境溫度均勻（如使用緩冷坑或控溫爐），必要時進(jìn)行正火處理細(xì)化晶粒。