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首頁 > 鍛造工藝過程對鍛件組織和性能的影響
為獲得良好組織性能的鍛件，除了需要保證良好的原材料質量外，還需要有合理的鍛造工藝過程和熱處理工藝。
鍛造工藝過程一般有以下工序組成，即下料、加熱、成形、鍛后冷卻、酸洗（腐蝕）及鍛后熱處理。成形工序包括自由鍛、模鍛、切邊和校正；自由鍛包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲及扭轉等；模鍛包括拔長、滾擠、預鍛、終鍛和頂鐓等。
從上述工序來看，鍛造工藝過程對鍛件組織和性能的影響，最終可以歸結為熱力學因素的影響。
所謂熱力學因素就是指變形溫度、變形速度、冷卻速度和應力狀態(tài)等等。
選擇合理的熱力學因素，可以通過下列幾方面來改善原材料的組織：
1．打碎柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織，并在合適的溫度和應力條件下，焊合內部孔隙，提高材料的致密度；
2．鑄錠經過鍛造，形成纖維組織，進一步通過軋制、擠壓、模鍛、使鍛件得到合理的纖維方向分布；
3．控制晶粒的大小和均勻度；
4．改善異相（如：萊氏體鋼中的合金碳化物）的分布；
5．使組織得到形變強化或形變—相變強化等。
由于上述組織的改善，使鍛件的塑性、沖擊韌性、疲軟強度及持久性能等也隨之得到了改善，然后再通過零件的最后熱處理就能得到零件所要求的硬度、強度和塑性等良好的綜合性能和組織。
以下具體討論熱力學因素對鍛件組織性能的影響。
1.變形溫度的影響
鍛造加熱不僅是為了保證鍛造成形時有良好的塑性和低的變形抗力，而且對鍛后的組織和性能也有很大影響。對鋼而言，由于鍛造時的加熱溫度一般皆比零件的最終熱處理溫度高，因此高溫下的晶粒大小及隨后的組織轉變對鍛件的質量會帶來一定的影響。而不合適的加熱溫度總是給鍛件造成種種缺陷。
若加熱溫度過高和加熱時間過長，會引起脫碳、過熱、過燒（尤其是高合金鋼及含Si鋼最易脫碳），如：合金結構鋼產生過熱斷口，馬氏體不銹鋼出現(xiàn)δ鐵素體，奧氏體不銹鋼出現(xiàn)鐵素體，9Cr18軸承鋼碳化物沿孿晶線析出，耐熱合金出現(xiàn)晶粒粗大，鈦合金出現(xiàn)β組織粗化等。而滲碳鋼的鍛造過熱，則使?jié)B碳后出現(xiàn)粗大馬氏體和網(wǎng)狀碳化物。上述各種組織缺陷使鍛件的機械性能特別是韌性和疲勞性能下降。
鍛造加熱溫度對α+β鈦合金組織和性能的影響特別明顯。鍛造溫度對α+β鈦合金β晶粒大小和室溫機械性能的影響，若加熱溫度過低，不僅易引起變形不均，使耐熱合金及鋁合金淬火加熱后易出現(xiàn)粗晶或晶粒粗細不均現(xiàn)象，使亞共析鋼形成帶狀組織，而且在鍛造時還會引起各種形式的裂紋。
2.變形程度和變形方式的影響
鋼錠的鍛比是影響鍛坯機械性能的主要因素。鍛比對鋼錠中的孔隙度、非金屬夾雜物和韌性的影響，韌性開始有一定增加，然后逐漸減少，其原因是由于形成了纖維組織的結果。有纖維組織的鋼材繼續(xù)變形時，由于纖維分布發(fā)生了改變，縱、橫向的性能也隨之而改變。沿鋼材原來纖維方向的橫向和縱向壓縮時性能指標發(fā)生變化的情況。熱擠壓的鋁合金棒材的韌性具有很明顯的方向性，縱向韌性最大而橫向韌性最小。如果模鍛時產生橫向或側向流動，則橫向韌性能得到改善。
采用合適的鍛造工藝，可以使金屬纖維沿零件的最大受力方向分布。流線均勻而連續(xù)地沿鍛件的外形分布，能使鍛件的機械性能特別是疲勞性能和抗應力腐蝕性能得到提高。
最終成形工序的變形程度是影響鍛件晶粒度的重要因素，這對于無同素異構轉變的材料更是如此。當最終工序的變形量處于臨界變形區(qū)時，鍛件的晶粒特別粗大，其機械性能下降。一般來說，變形程度大于臨界變形，可以獲得細小晶粒。但是，變形程度過大所引起的織構現(xiàn)象，將使鋁合金鍛件產生粗大晶粒；某些高溫合金鍛件因變形程度過大，使晶界碳化物破碎，也可能出現(xiàn)粗大晶粒。
采用反復鐓拔的變形方式（單向鐓拔，十字鐓拔、雙十字鐓拔）和足夠大的變形程度可以達到如下目的：
①細化和均布高速鋼、鉻12型鋼、3Cr2W8V鋼中的碳化物，提高其使用性能；
②消除鋁合金、鈦合金中組織和性能的方向性，提高組織和性能的均勻性。
3.變形速度的影響
一般來說,提高變形速度將使可鍛性降低,即使金屬的塑性下降,變形抗力增加。
變形速度還將影響到鍛透性。在大變形程度下，變形速度越小，則鍛透性越好，越有利于晶粒細化和再結晶的進行，因而也有利于工藝塑性的提高。
4.加熱速度的影響
對于斷面尺寸大及導熱性差的坯料，若加熱速度太快，保溫時間太短，往往使溫度分布不均勻，引起熱應力，并使坯料發(fā)生開裂。如：高合金鋼、高合金工具鋼、高溫合金等鋼錠和鍛坯常常因加熱不當發(fā)生開裂。坯料溫度不均，還會引起變形和組織不均，產生附加應力，造型內部開裂等。
5.冷卻速度的影響
冷卻速度不當，往往使鍛件產生熱應力、組織應力及第二相的析出。馬氏體不銹鋼、萊氏體鋼（高速鋼和鉻12型鋼），若鍛后冷卻速度過快，往往由于馬氏體組織轉變引起組織應力，造成鍛件表面開裂。但是，有些材料鍛后緩冷，將有第二相沿晶界析出，引起性能下降。如：軸承鋼鍛后緩冷將沿晶界析出碳化物等。
6.應力狀態(tài)的影響
應力狀態(tài)對可鍛性和金屬流動有一定影響。三向壓應力狀態(tài)可以提高金屬的塑性，但使變形力增加。這是由于壓應力能阻止晶間聯(lián)系的破壞，有利于晶內滑移變形的發(fā)展。作用于滑移面上的平均壓應力，提高了材料塑性變形能力。
