鍛 件 質 量 的 探 討
生產鍛件時，除了必須保證所要求的形狀和尺寸外，還必須滿足零件在使用過程中所提出的性能要求，其中主要包括：強度指標、塑性指標、沖擊韌性、疲勞韌性和 抗應力腐蝕性能要求，對高溫工作的零件，還有高溫瞬時拉伸性能、持久性能、抗蠕變性能和熱疲勞性能等。而鍛件的性能又取決于其組織和結構（以下簡稱為組 織）。不同材料，或同一材料的不同狀態的鍛件，其性能不同，歸根到底都是由其組織決定的。金屬的組織與材料的化學成分、冶煉方法、壓力加工過程和工藝等因 素有關。其中，壓力加工過程對鍛件的組織有重要的影響，尤其對那些在加熱和冷卻過程中沒有同素異構轉變的材料，如：奧氏體和鐵素體耐熱不銹鋼、高溫合金、 鋁合金和鎂合金等，主要依靠在壓力加工過程中，正確控制熱力學工藝參數來改善鍛件的組織和提高其性能。 采用壓力加工方法，還可以改善零件的表面狀態和建立表面預壓應力，提高零件的使用性能。 由于鍛件的質量與原材料質量、鍛造工藝及熱處理工藝的有關，所以要保證獲得高質量的鍛件，必須從以上幾個方面進行分析和研究。
下面對三個方面的問題進行討論： （1）材料和鍛造工藝過程對鍛件組織和性能的影響；
（2）鍛造過程中常見的缺陷；
（3）鍛件質量檢驗的內容和鍛件質量分析的方法。
一、原材料和鍛造工藝過程對鍛件組織和性能的影響 （一）原材料對組織和性能的影響 鍛造用的原材料為鑄錠、軋材、擠材及鍛坯。而軋材、擠材及鍛坯分別是鑄錠經軋制、擠壓及鍛造加工后形成的半成品。對鑄錠子來說，爐料成分、冶煉方法及鍛造 工藝是決定其質量的重要環節。而軋制、擠壓及鍛造加工過程，則是決定相應半成品質量的又一環節。 原材料在進入鍛造過程之前，需經尺寸、表面質量、化學成分、高倍組織、低倍組織及機械性能的檢驗，符合技術條件要求后方能投入生產。 原材料的化學成分、高倍組織、低倍組織及機械性能是保證鍛件組織性能的基礎，而原材料的尺寸和表面質量直接影響鍛件的工藝塑性及成形。此外，原材料的可鍛 性及其再結晶特點是確定鍛造工藝參數的基礎。 因此，原材料的良好質量是保證鍛件質量的先決條件。 但是，原材料的質量檢驗具有一定的局限性（如：漏檢和取樣不具有代表性等等），原材料的技術條件規定的檢驗方法，不可能把鋼材內部的所有質量問題都暴露出 來，如：內部成分與偏析等。因此，原材料存在的各種缺陷，勢必影響鍛件的成形過程及鍛件的終質量。 原材料對鍛件組織和性能的影響，主要有以下幾個方面： 1.化學成分及雜質元素的影響 在原材料的技術條件中，對化學元素皆規定了相應的成分范圍，對雜質元素S、P、Cu、Sn、Pb等也有一定的限制。化學元素超出規定的范圍和雜質元素含量 過高對鍛件的成形和質量都會帶來較大的影響。 S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔點相，使鍛件易出現熱脆。 含Al量對合金結構鋼的本質晶粒度有一定影響。為了獲得本質細晶粒鋼，鋼中殘余鋁含量需控制在一定范圍內（如：Al酸0.02~0.04%）.含鋁量過 少,起不到控制晶粒長大的作用；含鋁量過多，壓力加工時在形成纖維組織的條件下易造木紋斷口、撕痕狀斷口等，這些都會降低鍛件的機械性能和使用性能。 在1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中，Ti、Si、Al、Mo的含量越多，則鐵素體相越多，鍛造時越易形成表面裂紋，并使零件有磁性。
2 原材料中的共晶相對鍛件的形成及鍛件質量有很大的影響，它使材料在鍛前加熱時容易過燒和降低材料的塑性指標等。如：萊氏體工具鋼中的一次共晶碳化物，鋁合 金擠壓棒材中的樹支狀共晶化合物等。而鈦合金原材料中的粗大β相直接影響鍛件的常規機械性能。 2.原材料內部缺陷的影響 原材料內部的縮管殘余、皮下氣泡、嚴重碳化物偏析、粗大的非金屬夾雜物（夾渣）等缺陷，易使鍛件產生裂紋。 原材料內部的樹支狀晶、嚴重疏松、非金屬夾雜物、白點、翻皮、氧化膜、分層、偏析帶及異金屬混入等缺陷，易引起鍛件性能下降。微量的非金屬夾雜物對冷軋輥 及軸承鋼的壽命也有較大的影響。 3.原材料表面缺陷的影響 原材料表面裂紋、折迭、結疤、粗晶環等易造成鍛件的表面裂紋。 4.原材料流線的影響 供鍛造和模鍛的軋材、擠材及鍛坯均具有纖維組織，因此其性能都具有方向性，這也是造成鍛件性能呈方向性的基本原因。其方向性的嚴重程度，既取決于原材料中 S、P及其他雜質的含量、又取決于原材料的鍛比。因此，選擇鍛件的鍛造方案時，應根據零件的受力情況，注意流線的正確分布。 原材料的可鍛性及再結晶特點對鍛件成形和鍛件質量也有很大的影響。可鍛性良好的材料成形性好。一般來說碳鋼和合金結構鋼的工藝塑性較高，變形抗力較低，可 鍛性好。而高合金及高溫合金的工藝塑性低，變形抗力大，可鍛性差。鋁合金居中，各種合金都有一定的臨界變形范圍，當變形程度在此范圍內時，晶粒特別粗大， 使鍛件的機械性能降低，鍛造時應避開這個臨界變形范圍。 （二）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，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，把鑄態組織變為鍛態組織，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
3 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鋼易脫碳），如：合金結構鋼產生過熱斷口，馬氏體不銹鋼出現δ鐵素體， 奧氏體不銹鋼出現鐵素體，9Cr18軸承鋼碳化物沿孿晶線析出，耐熱合金出現晶粒粗大，鈦合金出現β組織粗化等。而滲碳鋼的鍛造過熱，則使滲碳后出現粗大 馬氏體和網狀碳化物。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粗晶或晶粒粗細不均現象，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變形時，由于纖維分布發生了改變，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，縱向韌性大而橫向韌性小。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大受力方向分布。流線均勻而連續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。 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。當終工序的變形量處于臨界變形區時，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
4 鍛后緩冷將沿晶界析出碳化物等。 6.應力狀態的影響 應力狀態對可鍛性和金屬流動有一定影響。三向壓應力狀態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系的破壞，有利于晶內滑移變形的 發展。作用于滑移面上的平均壓應力，提高了材料塑性變形能力。 (三)鍛件組織對終熱處理后的組織和使用性能的影響 鍛造生產是冶金（原材料）與終熱處理之間的中間工序，所以鍛件質量的好壞對終熱處理后的質量和零件的使用性能有很大的影響。 正常的鍛件組織經過合理的終熱處理后，可以獲得所要求的組織和性能。但是，由于鍛造工藝不當引起的某些組織缺陷或原材料遺留的某些缺陷，對熱處理后的鍛 件質量有很大影響。現舉例說明如下： 1有些鍛件的組織缺陷，在鍛后熱處理時可以獲得改善，鍛件終熱處理后仍可獲得滿意的組織和性能。如：在一般過熱的結構鋼鍛件中的粗晶和魏氏體組織，過共 析鋼和軸承鋼由于冷卻不當引起的輕微的網狀碳化物等。 2有些鍛件的組織缺陷，用正常熱處理較難消除，需用高溫正火、反復正火、低溫分解、高溫擴散退火等措施才能得到改善。如：低倍粗晶，9Cr18不銹鋼的孿 晶碳化物等。 3有些鍛件的組織缺陷，用一般熱處理工藝不能消除，結果使終熱處理后的鍛件性能下降，甚至不合格。如：嚴重的石狀斷口和棱面斷口、過燒、不銹鋼中的鐵素 體帶、萊氏體高合金工具鋼中的碳化物網和帶等。 4有些鍛件的組織缺陷，在終熱處理時將會進一步發展，甚至引起開裂。如：合金結構鋼鍛件中的粗晶組織，如果鍛后熱處理時未得到改善，在碳、氮共滲和淬火 后引起馬氏體粗大和性能不合格；高速鋼零件中的帶狀碳化物，淬火時常引起開裂。 二、鍛造過程中常見的缺陷 原材料質量不良和鍛造工序不按正確規定進行時，往往引起鍛件的各種質量問題。這不僅影響鍛件的成形，而且影響鍛件的組織和性能。 按鍛造工序的順序，分別列出鍛造過程中各工序可能產生的缺陷，并概要地介紹了各種缺陷的主要特征及產生原因： 原材料的主要缺陷及其引起的鍛件缺陷
名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 毛 細 裂 紋 位于金屬表面，深約0.5～1.5mm的細微裂紋。 金屬軋制時，將鋼錠內的皮下氣泡輾長后破裂 形成的。鍛造前若不去掉，可能引起鍛件裂紋。 折 迭 在金屬表面深達1mm左右，在直徑兩端折縫方向相反。橫向觀察，折迭同圓弧切線構成一角度，折縫內有氧化鐵夾雜，四周有脫碳。 因軋輥上的型槽定徑不正確，或因型槽磨損面產生的毛刺在軋制時被卷入，導致形 成折迭。 鍛造前若不去掉，可能引起鍛件折迭。 結 疤 軋材表面局部區域的一層可剝落的薄膜，其厚度約1.5mm左右。 澆鑄時，由于鋼液飛濺而凝結在鋼錠表面,軋制 時被壓成薄膜而粘附在軋材表面,即為結疤. 鍛后經酸洗清理,薄膜剝落成為鍛件表面缺陷. 層 狀 斷 口 斷口或斷面與折斷了的石板、樹 皮很相似.這種缺陷在合金鋼(鉻鎳鋼、鉻鎳鎢鋼等)中較多,碳鋼中也有 發現. 主要是原材料冶煉質量的問題，往往在軸心部分出現。一般認為，鋼中存在非金屬夾雜物，枝晶偏 析以及氣孔、疏松等缺陷，在鍛、軋過程中沿軋制方 向被拉長，使鋼材呈片狀。 雜質過多，鍛造就有分層破裂的危險。層狀斷 口越嚴重，鋼的塑性、韌性越差，尤其是橫向機械性 能很低，鋼材如有明顯的層片狀缺陷是不合格的。
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名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 亮 線 （亮區） 在縱向斷口中呈現結晶發亮的 有反射能力的細條線，多數貫穿整個 斷口，大多數產生在軸心部分。 亮線主要是由于合金元素偏析造成的。 輕微的亮線對機械性能影響不大，嚴重的亮線將明顯降低材料的塑性和韌性。 非金屬夾 雜 在軋制的縱斷面上表現為被軋 長了的或被破碎的非金屬夾雜。前者如疏化物，后者如氧化物、脆性硅酸 鹽。 非金屬夾雜物主要是熔煉或澆鑄的鋼水冷卻過 程中由于成分之間或金屬與爐氣、容器的化學反應形成的。另外，在金屬熔煉和澆鑄時，由于耐火材料落入鋼液中，也能形成夾雜物，這種夾雜物統稱夾渣。 嚴重的夾雜物易引起鍛造開裂或降低材料使用性能。
碳化物偏析 經常在含碳高的合金鋼中發現（如：高速鋼等），其特點是局部區域有較多的碳化物集聚。 鋼中的萊氏體共晶碳化物和二次網狀碳化物在開坯和軋制時未被打碎和均勻分布造成的。 碳化物偏析降低鋼的鍛造變形性能，易引起鍛件開裂。鍛件熱處理淬火時容易局部過熱、過燒和淬裂。制成的刀具使用時刃口易崩裂。 鋁合金氧化膜 一般多位于模鍛件的腹板上和分模面附近。在低倍組織上呈微細的裂口，在高倍組織上呈渦紋狀，在斷口上的特征可分兩類：其一，呈平整的片狀，顏色從銀灰色、 淺黃色直至褐色、暗褐色；其二，呈細小密集而帶閃光點的點狀物。 熔鑄過程中敞露的熔體液面與大氣中的水蒸氣或其他金屬氧化物相互作用時所形成的氧化膜在轉鑄過程中被卷入液體金屬材料的內部形成的。 鍛件和模鍛中的氧化膜對縱向機械性能無明顯影響，但對高度方向機械性能影響較大，它降低了高度方向強度性能，特別是高度方向伸長率、沖擊韌性和高度方向抗 腐蝕性能。 異金屬夾雜物 與基體金屬有明顯的界限。 熔煉時外來金屬混入的。異金屬的存在，降低了 零件的使用性能，且易引起鍛件各種形式的裂紋。 白 點 在鋼坯的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點，在橫向斷口中呈細小的裂紋。白點的大小不一，長度由1～20mm或更長。 白點在合金鋼中常見，普通碳鋼中也有發現，是隱藏在內部的缺陷。 白點是在氫和相變時的組織應力以及熱應力的共同作用下產生的，當鋼中含氫量較多和熱壓力加工后冷卻（或鍛后熱處理）太快時較易產生。 用帶有白點的鋼鍛造出來的鍛件，在熱處理時（淬火）易發生龜裂，有時甚至成塊掉下。白點降低鋼的塑性和零件的強度，是應力集點，它象尖銳的切刀一樣，在交 變載荷的作用下，很容量變成疲勞裂紋而導致疲勞破壞。 粗晶環 經熱處理后供應的鋁及其合金擠壓棒材，在其圓斷面的外層常常有粗晶環。粗晶環的厚度，由擠壓時的始端到末端是逐漸增加的。若擠壓時的潤滑條件良好，則在熱 處理后可以減小或避免粗晶環。反之，環的厚度會增加。 粗晶環的產生原因與很多因素有關。但主要因素是由于擠壓過程中金屬與擠壓筒產生的摩擦。這種摩擦致使擠出來的棒材橫斷面的外表層晶粒要比棒材中心層晶粒的 破碎程度大得多。但是由于筒壁的影響，此區溫度低，擠壓時未能完全再結晶，淬火加熱時未再結晶的晶粒再結晶并長大吞并已經再結晶的晶粒，于是在表層形成了 粗晶環。 有粗晶環的坯料鍛造時容易開裂，如粗晶環保留在鍛件表層，則將降低零件的性能。 縮 管 殘 余 縮管殘余附近區或一般會出現密集的雜夾物、疏松或偏析。在橫向低部中呈不規則的皺折的縫隙。 一般是由于鋼錠冒口部分產生的集中縮孔未切除干凈，開坯和軋制時殘留在鋼材內部而產生的。 坯料剪切和切割時產生的缺陷及其引起的鍛件缺陷 名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 切 斜 坯料端面與軋線傾斜，超過了規定的允許值。 剪切時棒料未壓緊造成的。 坯料端部彎曲并帶毛刺 坯料時部分金屬被帶入剪刀間隙之間，產生尖銳的毛刺。 被切斷之前已有彎曲，結果部分金屬被擠入刀片之間，形成端部下垂毛刺。 有毛刺的坯料，加熱易引起局部過熱過燒，鍛造時易產生折迭和開裂。
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名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 端 部 裂 紋 主要產生在剪切大斷面坯料時，如冷狀態下剪切合金鋼和高碳鋼時也會產生長。通常是在剪切后3～4小時才發現。 由于刀片的單位壓力太大，使圓形斷面的坯料壓 扁成橢圓形，這時材料中產生了很大的內應力。而壓扁的端面力求恢復原來的形狀，在內應力的作用下則常在切料后的幾小時內出現開裂。材料硬度過高、硬度不均 和材料偏析較嚴重時也易產生剪切裂紋。 氣 割 裂 紋 一般位于坯料端部。 由于氣割前原材料沒有預熱，氣割時產生組織應力和熱應力引起的。 有氣割裂紋的坯料，鍛造時裂紋將進一步擴展。 凸 芯 開 裂 一般位于原坯料端面的中心。 車床下料時，在棒料的端面往往留有凸芯。鍛造過程中，由于凸芯的斷面很小，冷卻快，因而其塑性較低，但坯料基體部分斷面大，冷卻慢，塑性高。因此，在斷面 突變交接處成為應力集中的部位，加之兩部分塑性差異較大，故在錘擊力的作用下，凸芯的周圍容易造成開裂。 加熱不當產生的缺陷
名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 過 熱 一般是指金屬由于加熱溫度過高引起粗大晶粒的現象。碳鋼（亞共析鋼或過共析鋼）以出現魏氏組織為特征。工模具鋼（或 高合金鋼）以一次碳化物角狀化為特征。一 些合金結構鋼過熱后除晶粒粗大外，沿晶界還有析出物，而且用一般熱處理辦法也不易消除。 加熱溫度過高，或在規定的鍛造與熱處理溫度范圍內停留時間太長，或由于熱效應而引起的。 過熱組織由于晶粒粗大，將引起機械性能降低，尤其是沖擊性能。 過 燒 過燒嚴重的金屬，鐓粗時輕輕一擊就裂，拔長時在過燒處出現橫向裂口。 過燒部位的晶粒特別粗大。裂口間的表面呈淺灰藍色。過燒的鋁合金鍛件，表面呈黑色或暗黑色，并且表面形成雞皮狀氣 泡。從高倍組織看，一般以晶界氧化和熔化 現象為特征。對碳鋼來說，晶界出現氧化和熔化；工模具鋼（高速鋼、鉻12型鋼）過燒時晶界熔化而出現魚骨狀萊氏體；鋁合金過燒往往出現晶界熔化三角區域或 復熔球等。 加熱溫度過高或高溫加熱時間過長引起的。爐中的氧及其他氧化性氣體滲透到金屬材料晶粒間，并與鐵、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶體，它破壞了晶 粒間的聯系。 銅 脆 鍛造時鍛件表面龜裂。高倍觀察，有淡黃色的銅（或銅的固溶體）沿晶界分布。 爐內殘存氧化銅屑，加熱時氧化銅還原為自由銅，熔融的銅原子在高溫下沿奧氏體晶界擴展，削弱了晶粒間的聯系。另外，鋼 中含銅量較高（＞2%）時，如在氧化性氣氛中加熱，在氧化皮下形成富銅層，也引起銅脆。 加 熱 裂 紋 沿坯料的橫斷面開裂，裂紋由中 心向四周呈輻射狀擴展。 由于坯料尺寸大，鋼的導熱性差，加之加熱速度過快，形成坯料內外溫度相差很大，產生的熱應力超 過坯料的強度極限所致。 這種缺陷多產生于高合金鋼和高溫合金加熱中 石 狀 斷 口 在纖維斷口基體上，呈現不同取 向、無金屬光澤、灰白色粒狀斷面。石狀斷口多發生于鍛件的表面部分。 它是由嚴重過熱引起的。該斷面相當于鋼過熱時形成的粗大奧氏體晶界面。 鋼料過熱后冷卻時MnS等異相質點沿粗大奧氏體晶界析出。當鋼由于調質使基 體的韌性增強后折斷時，則斷裂沿原來的奧氏體晶界 面發生。這樣，在纖維狀斷口基體上就呈現出許多小平面，形成石狀斷口。 嚴重的石狀斷口不能用普通的熱處理方法加以改善，具有石狀斷口的鍛件的沖擊值下降。
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名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 脫 碳 鍛件表層的含碳量較內部明顯降低，在高倍組織上表層滲碳體的數 量減少，在機械性能上表層的硬度或 強度下降。 金屬在高溫下表層的碳被氧化。脫碳層的深度與鋼的成分、爐氣成分、溫度和在此溫度下的保溫時間有關。采用氧化性氣氛加熱易發生脫碳，高速鋼易脫碳，含硅量 多的鋼也易脫碳。 脫碳零件的強度和疲勞性能下降，磨損抗力減弱。 增 碳 經油爐加熱的鍛件，其表或部分表面發生增碳現象。有時增碳層厚度達1.5～ 1.6mm,增碳層含碳量達1%左右,局部點含碳 量甚至超過2%,出現萊氏體組織. 坯料在油爐里加熱時,兩個噴油嘴的噴射交叉區得不到充分燃燒,造成滲碳氣氛,或噴嘴霧化不良噴出油滴,使鍛煉件的表面出現增碳現象. 增碳使鍛件的機械加工性能變壞,切削時易打刀. 9Cr18不銹鋼軸承鏈狀碳化 物 9Cr18不銹鋼鍛造及退火后出現孿晶組織，而且退火組織中一次碳化物沿孿晶線呈鏈狀析出。 鍛造加熱溫度超過1160℃是出現孿晶及退火后出現鏈狀碳化物的原因。 鏈狀碳化物析出使鋼的沖擊韌性下降(這種缺陷屬于穩定過熱)。 熱透不足引起心部開裂 心部開裂常在坯料的頭部，其開裂深度與加熱和鍛造有關，有時裂紋貫穿整個坯料。 鍛造高合金鋼時，坯料在高溫區加熱到鍛造溫度后，保溫時間不足，坯料未熱透，坯料內部溫度低，外部溫度高。鍛造時，外部溫度高，塑性好、變形大，而內部溫 度低，塑性差，變形小，甚至沒有變形。由于嚴重的不均勻變形，引起金屬坯料心部開裂。 鋁合金鍛件表面氣泡 在水中鏟除氣泡表層，可發現氣 泡內有氣體逸出。在氣泡內壁上灰黑色的、類似燃燒后的產物，如同樹木的年輪。氣泡內壁不是撕裂的斷口， 而是呈波紋的光滑表面。 1.由擠壓坯料表面氣泡帶來的。 2.在高溫下加熱（熱處理或鍛造加熱跑溫）時，鋁合金，特別是含鎂量高的鋁合金與爐內水蒸氣發生作用形成的。
3.火焰爐爐氣中存在有硫，或者電爐中加熱時鍛件表面殘留有含硫的潤滑劑。 鍛造工藝不當產生的缺陷 名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 大晶粒 在鍛件低倍上晶粒粗大。 始鍛溫度過高和變形程度不足；終鍛溫度過高；變形程度落入臨界變形區；鋁合金變形程度過大，形成織構；高合金變形溫度過低，形成混合變形組織等，均能形成 粗大晶粒。 粗晶使鍛件的塑性、韌性降低，疲勞性能明顯下降。 晶 粒 不均勻 鍛件某些部位的晶粒特別粗大，某些部位卻較小，形成整個鍛煉件內部晶粒大小不均。 耐熱鋼及高溫合金對晶粒不均勻特別敏感。 變形不均勻使晶粒破碎不一，或局部區域變形程度落入臨界變形區，高溫合金局部加熱硬化，淬火加熱時局部晶粒粗大。 晶粒不均勻使鍛件的持久性能、疲勞性能等明顯下降。 冷 硬現 象 熱鍛后鍛煉件內仍部分保留冷變形組織，鍛件的強度和硬度比正常熱鍛的要高，而塑性和韌性下降。 變形時溫度偏低或變形速度太快，以及鍛后冷卻過快，以致再結晶引起的軟化跟不上變形引起的強化（硬化），從而出現熱加工后的冷硬現象。 脫碳層堆 積 鍛件上局部地方脫碳層堆積，硬度低于正常組織部位的硬度。 這種缺陷是由于鍛造工藝不當引起的。例如，圓棒料拔長時由于錘擊過重，壓下量過大，翻轉90°壓縮時形成雙鼓形，再拔長時，雙鼓形成的金屬一部分向外流 動，增加寬度，一部分金屬向中心流動，因而形成中心區的脫碳層的堆積現象。 十字 裂 紋 裂紋沿鍛件橫斷面的對角線方向分布，其長度不一，有時 可能完全貫穿整個坯料。這種缺 陷在低塑料性的高速鋼、高鉻鋼的拔長工序中常出現。 這是在反復對坯料進行翻轉發90°的拔長過程中，送進量過大，且在同一處反復重擊造成的。矩形斷面坯料在平砧下拔長時，對角線兩側金屬進行劇烈的交錯流 動，產生很大的交變剪切，當切變程度或切變應力超過材料允許的數值時，便沿對角線方向產生裂紋。
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名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 龜 裂 鍛煉件表面出現較淺的龜狀裂紋。 1．原材料含Cu、Sn等易熔元素量過多； 2．高溫長時間加熱時，鋼表面銅析出、表面晶粒粗大、脫碳，或經多次加熱的表面； 3．燃料中含硫量過高； 4．鍛件形成中受拉應力的表面（例如，未充滿的凸出部分或受彎曲的部分）容易產生這種缺陷。 飛 邊 裂 紋 模鍛及切邊時，在分模面處 產生的裂紋。 在模鍛操作中，由于重擊使金屬強烈流動產生穿筋現象；鎂合金模鍛件切邊溫度過低；銅合金模鍛件切邊溫度過高。 分模面 裂 紋 鍛件沿分模面開裂。 原材料非金屬夾雜物多，鍛造時向分模面流動 與集中，或軋制過的原材料縮孔或疏松的邊緣擠入 飛邊后形成。 孔 邊龜 裂 在沖孔邊緣有龜裂或裂紋，鉻鋼沖孔時出現較多。 主要是沖孔芯子沒有預熱、預熱不夠或沖孔變形太大造成。 裂 紋 鍛煉件的完整性被破壞。 1.坯料表面和內部有微裂紋,鍛造時進一步擴展; 2.坯料內存在組織缺陷或熱加工溫度不當,使材料塑性下降; 3.鍛造時存在較大的拉應力、剪應力或附加拉應力； 4.變形速度過快，變形程度過大。 鍛 造 折 迭 折紋與金屬流線方向一致，折紋 尾端一般呈小圓角。但隨后鍛造變形又會使折迭發生開裂，使折紋的尾端 呈尖角形。一般折紋兩側有較重的氧 化脫碳現象，在個別情況下也有發生 增碳現象。 折迭是金屬變形過程式中已氧化過的表層金屬匯合在一起而形成的。與原材料和坯料的形狀、模具的設計、成形工序的安排、潤滑情況及鍛造的實際操作等有關。折 迭不僅減少了零件的承載面積，而且工作時由于此處的應力集中往往成為疲勞源。 穿 流 穿流是流線分布不當的一種形式。在穿流區，原先成一定角度 分布的流線匯合在一起。穿流區 內。外晶粒大小常常相差較懸殊 穿流產生的原因與折迭相似，它是由兩股金屬或一股金屬帶著另一股金屬匯流而形成的，但穿流部分的金屬仍是一整體。 穿流使鍛件的機械性能降低，尤其當穿流帶兩側晶粒相差較懸殊時，性能降低較明顯。 鍛件流線分布不 當 在鍛件低倍上發生流線切斷、回流、渦流等流線紊亂現象。 1.模具設計不當或鍛造方法選擇不合理，預制 毛坯流線紊亂； 2.操作不當及模具磨損使金屬產生不均勻流 動。 帶 狀組 織 鐵素體和珠光體、鐵素體和奧氏體、鐵素體和貝氏體以及鐵素體和馬氏體在鍛件中呈帶狀分布的一種組 織，它們多出現在亞共析鋼、奧氏體 鋼和半馬氏體鋼中。 這種組織，是在兩相共存的情況下鍛造變形產生的； 帶狀組織能降低材料的橫向塑性指標，特別是 沖擊韌性。在鍛造或零件工作時常易沿鐵素體帶或兩相交界處開裂 。 剪切帶 鍛件橫向低倍上出現波浪 狀的細晶區，多出現在鈦合金和低溫鍛造的高溫合金鍛件中。 由于鈦合金和高溫合金對激冷敏感性大，在模鍛過程中，坯料接觸表面附近難變形區逐步擴大，在難變形區間發生強烈剪切變形所致。結果形成了強烈的方向性，使 鍛 煉件性能降低。 碳化物偏析級別不符合要求 碳化物分布不均勻 ，呈大塊狀集中分布或呈網狀分布。這種缺陷主要出現于萊氏體工模具鋼中。 原材料碳化物偏析級別差，加之改鍛時鍛比不夠或鍛造方法不當； 具有這種缺陷的鍛件，熱處理淬火時容易局部過熱和淬裂。制成的刃具和模具使用時易崩刃等。 鍛造組 織殘留 在鍛件組織中，存在有鑄態組織。主要是出在用鑄錠作坯料的鍛件中。鑄態組織主要殘留在鍛件的困難變形 區 鍛比不夠和鍛造方法不當。這種缺陷使鍛件的性能下降，尤其是沖擊韌性和疲勞性能等。
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名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 銅合金鍛件應力腐蝕 開 裂（季裂） 主要產生于含鋅的黃銅中。低倍和高倍觀察表明，裂紋的擴展呈樹枝狀形態。 鍛造時變形不均勻，鍛后又未及時退火，使鍛件內存在殘余應力； 存在殘余應力的鍛件，在潮濕的空氣中，特別是在含 氨鹽的大氣中放置時會引起應力腐蝕開裂 。
鍛后冷卻不當產生的缺陷 名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 冷 卻 裂 紋 裂紋光滑細長。在圓形截面的鍛件中有時裂紋呈圓形。 冷卻太快，產生較大的熱應力或組織轉變引起的組織應力（例如：馬氏體鋼冷卻過快發生馬氏體的激烈轉變， 往往產生裂紋），使鍛件出現裂紋。 網 狀碳化物 碳化物沿晶界呈網狀析出。 在含碳量高的鋼中常見。 由于停鍛溫度高，冷卻速度過慢，造成碳化物沿晶界析出（例如：軸承鋼在870～770℃緩冷，則碳化物沿晶界析出）。網狀碳化物在熱處理時易引起淬火裂 紋。另外，它還使零件的使用性能變壞
鍛后熱處理工藝不當產生的缺陷 名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 及 影 響 硬度過高或硬度不夠 硬度不符合規定要求（硬度 不夠或過高）。 淬火溫度太低，淬火加熱時間太短、回火溫高太高、多次加熱引起表面嚴重脫碳、鋼的化學成分不合格等，皆會造成硬度不夠 。正火后冷卻太快，正火或回火加熱淚盈 眶時間太短，或鋼的化學成分不合格，則能造成硬度過高。 硬 度不 均 在同一鍛件的幾個不同部位測得的硬度相差很大。 熱處理工藝不當（一次裝爐太多，保溫時間太 短）或加熱引起局部脫碳等。
清 理 時 產 生 的 缺 陷 名 稱 主 要 特 征 產 生 原 因 酸 洗過 度 鍛件表面呈疏松多孔狀。 酸的濃度過高和鍛件在酸洗槽中停留時間太長，或由于鍛件表面酸洗不凈，酸液殘留在鍛件表面上。 腐 蝕 裂 紋 馬氏體不銹鋼鍛件酸洗清除氧化皮后，有時發現表面有細小網狀裂紋。高倍觀察表 明，裂紋沿晶界擴展，呈樹枝狀形態。 鍛后殘余應力未消除。 三、鍛件質量檢驗的內容和鍛件質量分析的方法 （一）鍛件質量檢驗的內容： 鍛件質量檢驗的目的，在于保證鍛件質量符合鍛件的技術標準，以滿足產品的設計和使用要求。檢驗內容包括：鍛件尺寸、形狀、表面質量和內部質量等幾個方面。 這里重點講內部質量。 根據零件的受力情況、重要程度、工作條件以及材料和冶金工藝的不同，鍛件按不同類別進行檢驗。各工業部門對鍛件分類、檢驗項目和質量要求不盡相同，有些部 門將鍛件分為三類，有些部門將鍛件分為四類或五類。見下表：
結構鋼、耐熱不銹鋼鍛件質量檢驗要求 類別 熱處理 狀 態 檢 驗 項 目 和 數 量 表面質量和 幾何 尺寸 材料 牌號 硬 度 機 械 性 能 低 倍 斷 口 晶粒度 Ⅰ 預備 檢驗當能確保質量時，模鍛件的幾何尺寸允許抽檢 檢驗 每熱處理爐抽檢10%，但不少于3件。 每熔批抽檢1件。 每熔批抽檢1件。 每熔批抽檢1件在本體上檢驗，其余在專用余料上檢驗。 每熔批抽檢1 件 。 終 每熔批抽檢1件在本體上檢驗，其余 在專用余料上 檢驗。 Ⅱ 預備 每熱處理爐抽檢10%，但不少于3件。 每熔批抽檢1件。 每熔批抽檢1件。 按需要每熔批抽檢1件。 需要化學熱處理的零件和有 需要的其他零件，每熔批抽檢1件。 終 每熔批抽檢1件或 在試樣上檢驗。
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類別 熱處理 狀 態 檢 驗 項 目 和 數 量 表面質量和 幾何 尺寸 材料 牌號 硬 度 機 械 性 能 低 倍 斷 口 晶粒度 Ⅲ 預備 檢驗當能確保質量時，模鍛件的幾何尺寸允許抽檢 檢驗 每熱處理爐抽檢 不檢驗 首批生產或改 變主導工藝 時，抽一件檢驗金屬流線和工藝缺陷。 不檢驗 按需要 5～10%，但不少于3件。 終 Ⅳ 預備 每熱處理爐抽檢 5～10%，但不少于3件。 不檢驗 不檢驗。 不檢驗 按需要 終 每熱處理爐抽檢 10%，但不少于3件。若有1件不合格，則檢驗。 注：1.各類鍛件，不論有無斷口檢驗要求，當懷疑鍛件過熱時，應增加斷口檢驗。奧氏體鋼不檢驗斷口。 2.各類鍛件另有檢驗要求時，按專用技術條件文件規定進行檢驗。 下面就不同材料和不同規格鍛件的質量檢驗內容和有關措施作一簡要介紹： 1.材料類型不同，檢驗項目不同 對一般鋼鍛件,都是在預備熱處理狀態切取試樣,經規定的熱處理后，檢驗機械性能、斷口和晶粒度。對于奧氏體鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金、鈦合金和銅合金 鍛件，是在終熱處理狀態的鍛件上直接取樣，檢驗機械性能和低倍等。 對一般鋼鍛件,只能做常溫拉力、沖擊兩項試驗。對于高溫合金鍛件，要作高溫性能試驗。對高溫合金、鋁合金、鎂合金、銅合金鍛件，一般不作沖擊試驗。 對奧氏體鋼、高溫合金鍛件，一般不作沖擊試驗。 對合金結構鋼鍛件，要作本質晶粒度檢驗。對其他材料鍛件，要作實際晶粒度檢驗。對零件不進行化學熱處理的合金結構鋼鍛件，也多作實際晶粒度檢驗。對高溫合 金、奧氏體鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金鍛件，要檢查晶粒度。對工具鋼、不銹鋼、鈦合金、鋁合金、碳鋼、低碳合金結構鋼鍛件，要檢查高倍組織。 另外，對于某些重要的耐熱不銹鋼鍛件，要作晶間腐蝕檢驗。對于磁性材料鍛件，要作導磁、導電性能檢驗。 2.鍛件規格不同，檢驗項目不同 水壓機生產的大型自由鍛件與一般鍛件相比，其檢驗特點是： ⑴除了檢驗機械性能外，還要作殘余應力測試和冷彎試驗； ⑵大型自由鍛件，多半由鋼錠直接成形。鍛件檢驗也是材料的質量檢驗，要作化學成分和橫向低倍檢驗，而一般中小鍛件的化學成分分析在原材料檢驗時進行，鍛件 要作縱向低倍分析，檢驗流線分布； ⑶大型鍛件要留試驗余料，進行逐件檢驗。而對于中小型鍛件，只按熔批破壞鍛件抽檢； ⑷對鍛件要逐件進行超聲波探傷，檢驗內部缺陷。 近年來，鍛件的無損檢驗獲得了日益廣泛的應用，它主要包括超聲、磁力探傷、表面腐蝕檢驗等。 3.確保鍛件質量的一些措施 由上述可見，鍛件檢驗具有抽檢性質。抽樣合格，則表示整個驗收的鍛件合格。其次，鍛件類別不同，檢驗項目也不同。例如，上表中Ⅲ、Ⅳ類鍛件不作機械性能、 斷口和高倍檢驗。這不是由于這些鍛件設計上沒有機械性能要求，也不能認為這些鍛件允許過熱過燒，只是因為采用一定的措施，能夠避免過多的檢驗工序，而又能 保證鍛件質量，滿足使用要求。那么，如何保證鍛件質量，使抽檢具有代表性呢？這就要求在鍛件技術標準、生產工藝和技術管理制度上，都有相應措施加以配合。 關于這方面的內容，不同工廠不完全一樣，但大致包括：
11 ⑴原材料復驗制度 ⒈鍛件技術標準規定，原材料需要按熔煉爐號進行復驗，合格后才能投產；
⒉原材料進行頭部管理和超聲波檢驗。所謂頭部管理，是指在原材鋼錠冒口一端需打有特殊
標記。材料復驗時，從冒口端取樣檢驗。若冒口端原材料檢驗合格，則其余部分質量一般不會有
問 題。 超聲波檢驗是指對原材料進行逐根超聲波探傷，檢驗內部冶金缺陷，保證投產的原材料質量符合標準。將冶金缺陷暴露在投產之前，這不僅是經濟的，并且與在鍛件 上探傷檢驗相比，更為簡便、準確。 ⑵鍛件定型和更改制度 ⒈鍛件工藝定型后才能投入批量生產。鍛件工藝就是鍛造工藝規程，是指原材料從下料開始，經鍛造、熱處理、至鍛件切削加工之前的全部過程。定型時，鍛件的檢 驗項目比上表多，包括不同部位、不同方向的取樣和鍛造工藝可能影響到的質量項目。對于重要的和形狀復雜的鍛件，還需經試加工和產品使用通過后才能工藝定 型。 ⒉保證定型工藝的穩定性，不得隨意更改。工藝定型后，必須嚴格貫徹執行，若要更改，需經研究批準。在鍛件轉廠生產或改變主導工藝時，應區別情況，重新鑒定 和定型。 為了改進工藝，積累經驗和檢驗鍛件工藝的穩定性，可進行工藝性專門檢驗。一般是定期進行一次或每生產一定數量的鍛件后進行一次。工藝性專門檢驗的試驗項 目、取樣部位和數量，較正常檢驗的規定為多。 ⑶生產中合理組批 鍛件每批驗收，應由同一圖號、同一熔煉爐號和同一產批號的鍛件組成。以終熱處理狀態供應的鍛件，還應有同一熱處理爐次的鍛件組成。簡稱“三同”和“四 同”。 這種組批是從影響鍛件質量的因素出發確定的。因此，同一圖號，有相同的鍛造工藝；同一熔煉爐號，有相同的冶煉基礎和對鍛造工藝相同的敏感性；同一投產批號 和同一熱處理爐次，則有相同的鍛造和熱處理條件。這種組批是合理的，也是嚴格的。實際生產中，應從材料質量和鍛造質量的穩定性、鍛件類別和方便生產等情 況出發，在保證鍛件質量和保證抽檢具有代表性的前提下，允許適當放寬組批條件 （二）鍛件質量分析的方法 ⒈鍛件質量分析的一般過程 鍛件的質量問題可能發生在鍛造生產，反應在熱處理、機械加工過程中或使用過程中，它可能是由于某一生產環節的疏忽或工藝不當而引起，也可能是由于設計和選 材不當而造成，有時也可能是因使用及維護不當所致。對于使用過程中由鍛造制成的機械零件所產生的缺陷和損壞，除需要查明是否鍛件本身質量問題引起以外，還 需要弄清楚零件的使用受力條件、工作部位與環境以及使用維護是否得當等情況，只有在排除了零件設計、選材、熱處理、機械加工及使用等方面的因素之后，才能 集中力量從鍛件本身質量上尋找缺陷和損壞產生的原因。 鍛件缺陷的形成原因也是多方面的，依據缺陷的宏觀與微觀的特征可以得出初步的印象，即缺陷純屬鍛造工藝因素引起還是與原材料質量有關，是制定的工藝規程不 合理還是執行工藝不當所致，確切的結論只有在經過細致的試驗分析后才能作出。 關于鍛件缺陷：
⒈有的表現在鍛件外觀方面：如外部裂紋、折迭、折皺、未充滿或缺肉、壓坑、表面粗糙或桔皮等；
⒉有的表現在鍛件內部：如各種低倍組織缺陷，如裂紋、發紋、疏松、粗晶、表面脫碳、非金屬夾雜和異金屬夾雜、白點、偏析、樹枝狀結晶、縮管殘余、流線紊亂、有色金屬的穿流、粗晶環、氧化膜等；http://www.ivcve.cn
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