锻造失效分析及修复
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摘 要：锻造是工业生产的重要一环，其锻件质量的好坏对于后续加工质量有着直接的影响。随着我国经济的快速发展以及工业需求的不断加大，对于高质量、低成本的锻件的需求在不断的增加，在对钢锭的性能进行分析并在此基础上制定出合理的锻造工艺以提高锻件的质量是现今乃至今后一段时间锻造企业发展的重点。文章将在分析锻造工艺分类的基础上对锻造过程中容易产生的失效模式进行分析并提出相应的应对措施。
关键词：锻造；工艺分类；失效分析；应对措施
前言
锻造是通过利用锻压机械来对钢锭进行挤压等机械作用使其产生一定的塑形变形从而获得所需要的金属机械性能的一种加工工艺，其中大型锻件在大型机械、航空、航天、航海等都有着重要的应用。锻件质量的好坏对于锻件的机械性能有着极为重要的影响，需要根据不同的锻件的材料性能选择合适的锻造工艺，在确保锻件质量的同时降低锻件的成本是锻造企业的重要目标。
1 锻造的分类与应用
锻造主要是利用锻压机械对钢锭等进行挤压以使其金属性能得到加强并同时形成后续加工所需要的形状和尺寸的一种加工工艺。锻造是机械加工制造的基础工序，其锻造质量的好坏对于机械加工后的工件的性能有着极为重要的影响。在对钢锭的锻造过程中可以有效的对钢锭中的金属铸态疏松、焊合孔洞等予以消除，从而使得锻造后的锻件性能要远远高于相同材质的铸件。根据锻造加工时的加工温度的不同可以将锻造分为冷锻和热锻两种不同的锻造类型，其中冷锻指的是对于钢锭的加工处于室温下进行的，而热锻则指的是对加热后的钢锭进行锻造加工，加热的温度不超过钢锭的再结晶温度。根据钢锭不同的成形方法可以将锻造分为自由锻、模锻等多种不同的锻造形式，其中，钢料等在锻压时没有其他外力限制的被称为自由锻，而其他的锻造形式在锻造的过程中会受到模具的限制，因此又多被称为闭式锻造。在锻造的过程中主要使用过碳素钢或是合金钢作为主要的锻材，此外可以使用镁、铝、铜、钛等的合金来作为锻造的材料。
在锻造的过程中需要根据锻材的力学性能以及需要得到的锻件形状等选择合理的锻造工艺。不同的锻造方法有着不同的锻造流程，在这些锻造方法中以热模锻的工艺流程最长也最为繁琐。在锻造的过程中，钢锭等材料会产生明显的塑形变性从而产生所需要的力学性能或是钢材形状。
2 锻造失效模式分析
在锻造的过程中由于锻造工艺不当会使得锻件产生以下类型的缺陷：（1）锻件的金相中形成大晶粒。在锻件中形成大晶粒多是由于始锻造时温度过高和锻造压力不足所造成的，锻压压力低会使得锻件的变形程度较低而温度较高则会使得终锻温度超出锻件的承受范围，根据锻件材质的不同其变形能力与锻造时的温度要求也不尽相同。铝合金在锻造变形的过程中会产生较大程度的变形从而形成相应的组织结构。而高温合金在锻造时如加热温度不到位将会在锻件中形成混合变形组织从而产生粗大的晶粒组织结构。锻件中形成粗大晶粒将会使得锻件的力学、物理性能大幅下降。（2）锻件中的金属晶粒不均匀。造成这一锻造缺陷的主要原因是由于钢锭在锻造的过程中各处所受到的力不均匀从而产生不均匀的变形。锻件晶粒的不均匀将会使得锻件的使用性能与金属抗疲劳特性都大幅下降。（3）冷硬现象。在锻造时由于温度较低或是锻件的变形速度过快使得锻件快速冷却从而在锻件内形成再结晶现象，这一现象会在锻件的内部形成一定的冷变形组织，这种组织的存在虽然提高了锻件的强度和硬度，但是对于锻件的塑性和韧性的影响较大，不利于锻件的后续机械加工。（4）锻造时锻件产生裂缝，造成这一失效缺陷的主要原因是由于在锻造的过程钢锭承受了较大的拉应力、切应力或是其他应力所造成的。其中，锻造所锻件所产生的裂纹通常发生在钢件的应力集中的位置。当锻件中存在组织缺陷或是热锻时工作温度不当都会使得钢锭的塑形性能大幅下降从而极易产生裂缝从而影响锻件的使用性能。（5）锻件表面龟裂，在锻造的过程中锻件在锻压成形的过程中由于受到拉应力容易在锻件表面形成龟裂缺陷，造成这一缺陷的原因是多方面的，如锻件中含有较多的Cu、Sn等，在热锻过程中会由于锻件的长时间加热而导致Cu、Sn的析出或是表面晶粒的粗大等从而使得锻件的性能下降，并在表面产生龟裂缺陷。（6）飞边裂纹主要指的是在模锻及切边时在分模面处所产生的裂纹。造成这一裂纹产生的原因有以下几点：a.在模锻的过程中锻件所承受的挤压力超出锻件所能承受的极限从而使得锻件的金属产生严重的穿筋问题。b.在对镁合金进行模锻时由于切边温度较低会在锻件的模变产生飞边裂纹现象。（7）分模面裂纹则是由于在钢锭中含有较多的非金属杂质从而使得在锻造的过程中由于锻压的眼里使得分模面流动与集中或是缩管参与在模锻是进入飞边后所形成的分模面裂纹的存在会影响锻件的使用性能。
3 锻件缺陷修复
在锻件的生产过程中如锻件在再结晶温度以上则锻件的内部所产生的裂纹在拓展的同时也会产生一定的自我修复，在现今对于锻造缺陷多使用的是常温大变形量“锻合”的方式来对锻件的缺陷进行修复。在锻件的修复过程中温度是一个重要的工艺参数，温度越高材料中的原子扩散迁移的活性越大则锻件中的缺陷更容易得到修复从而使得锻件中的孔隙性缺陷能够在短时间内得到“锻合”，但是如加热的温度过高将会使得锻件出现晶粒化过大的缺陷影响锻件的材料性能，经过试验表明，当锻件加热到900℃时锻件中的孔隙性缺陷尽管得到了一定的修复但是修复并不完全。当将锻件的温度加热到1000℃时锻件中的孔隙性缺陷得到了极大的修复。在温度升高修复孔隙性缺陷的同时，在锻件中的原孔隙性缺陷的组织将会出现再结晶，并在孔隙性缺陷修复的过程中出现了过渡区，同时随着锻件保温时间的延长在锻件缺陷区域所形成的新晶体组织将逐渐向基体组织进行转变。通过对转变后的组织进行显微观察可以发现，锻件中的孔隙性缺陷经过修复正火后的组织与基体组织基本一致，都是铁素体和珠光体的混合组织，因此，对于锻件锻造过程中所出现的孔隙性缺陷如采用合适的修复工艺则可以在完成对于锻件修复的同时确保锻件的材料性能。同时在对锻件的孔隙性缺陷修复过程中发现，一定量的塑形变形对于缺陷的修复是有利的，在锻件修复的过程中，尽管无变形量也能实现缺陷的自修复，但是自修复后仍存在有少量塑形变形的试件差。
通过大量的试验表明，在锻件孔隙性缺陷的自我修复过程中高温扩散是其中的重要原因。同时冷变形在孔隙性缺陷的修复中随着变形量的增加使得孔隙性缺陷的间距缩小减小了原子间的迁移距离，从而有利于在锻件的孔隙性缺陷位置形成再结晶。冷变形在锻件孔隙性缺陷的修复过程中对于一些缺陷较大且应力状态不佳的锻件有着极为重要的影响。
总体来说，对于锻件在锻造过程中所出现的孔隙性缺陷可以在高温下进行一定的自修复，对于锻件的自修复其主要是通过再结晶使得孔隙性缺陷的孔隙得以减小并最终在高温下得以键合。
4 结束语
锻造在工业生产中占据着重要的地位，其锻造质量的好坏对于后续产品的质量起着决定性的作用。文章在分析锻造工艺及分类的基础上对锻造过程中出现的孔隙缺陷的修复进行了分析阐述.
参考文献
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