锻造过程中常见的缺陷类型及产生原因总结

阿斯米

原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷

名 称	主 要 特 征	产  生  原  因  及  影  响
毛  细 裂  纹	位于金属表面，深约0.5～1.5mm的细微裂纹。	金属轧制时，将钢锭内的皮下气泡辗长后破裂形成的。锻造前若不去掉，可能引起锻件裂纹。
折  迭	在金属表面深达1mm左右，在直径两端折缝方向相反。横向观察，折迭同圆弧切线构成一角度，折缝内有氧化铁夹杂，四周有脱碳。	因轧辊上的型槽定径不正确，或因型槽磨损面产生的毛刺在轧制时被卷入，导致形成折迭。     锻造前若不去掉，可能引起锻件折迭。
结  疤	轧材表面局部区域的一层可剥落的薄膜，其厚度约1.5mm左右。	浇铸时，由于钢液飞溅而凝结在钢锭表面,轧制时被压成薄膜而粘附在轧材表面,即为结疤.     锻后经酸洗清理,薄膜剥落成为锻件表面缺陷.
层  状 断  口	断口或断面与折断了的石板、树皮很相似.这种缺陷在合金钢(铬镍钢、铬镍钨钢等)中较多,碳钢中也有发现.	主要是原材料冶炼质量的问题，往往在轴心部分出现。一般认为，钢中存在非金属夹杂物，枝晶偏析以及气孔、疏松等缺陷，在锻、轧过程中沿轧制方向被拉长，使钢材呈片状。 杂质过多，锻造就有分层破裂的危险。层状断口越严重，钢的塑性、韧性越差，尤其是横向机械性能很低，钢材如有明显的层片状缺陷是不合格的。
亮  线 （亮区）	在纵向断口中呈现结晶发亮的有反射能力的细条线，多数贯穿整个断口，大多数产生在轴心部分。	亮线主要是由于合金元素偏析造成的。 轻微的亮线对机械性能影响不大，严重的亮线将明显降低材料的塑性和韧性。
非金属夹  杂	在轧制的纵断面上表现为被轧长了的或被破碎的非金属夹杂。前者如疏化物，后者如氧化物、脆性硅酸盐。	非金属夹杂物主要是熔炼或浇铸的钢水冷却过程中由于成分之间或金属与炉气、容器的化学反应形成的。另外，在金属熔炼和浇铸时，由于耐火材料落入钢液中，也能形成夹杂物，这种夹杂物统称夹渣。 严重的夹杂物易引起锻造开裂或降低材料使用性能。
碳化物偏析	经常在含碳高的合金钢中发现（如：高速钢等），其特点是局部区域有较多的碳化物集聚。	钢中的莱氏体共晶碳化物和二次网状碳化物在开坯和轧制时未被打碎和均匀分布造成的。     碳化物偏析降低钢的锻造变形性能，易引起锻件开裂。锻件热处理淬火时容易局部过热、过烧和淬裂。制成的刀具使用时刃口易崩裂。
铝合金氧化膜	一般多位于模锻件的腹板上和分模面附近。在低倍组织上呈微细的裂口，在高倍组织上呈涡纹状，在断口上的特征可分两类：其一，呈平整的片状，颜色从银灰色、浅黄色直至褐色、暗褐色；其二，呈细小密集而带闪光点的点状物。	熔铸过程中敞露的熔体液面与大气中的水蒸气或其他金属氧化物相互作用时所形成的氧化膜在转铸过程中被卷入液体金属材料的内部形成的。     锻件和模锻中的氧化膜对纵向机械性能无明显影响，但对高度方向机械性能影响较大，它降低了高度方向强度性能，特别是高度方向伸长率、冲击韧性和高度方向抗腐蚀性能。
异金属夹杂物	与基体金属有明显的界限。	熔炼时外来金属混入的。异金属的存在，降低了零件的使用性能，且易引起锻件各种形式的裂纹。
白  点	在钢坯的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，在横向断口中呈细小的裂纹。白点的大小不一，长度由1～20mm或更长。     白点在合金钢中常见，普通碳钢中也有发现，是隐藏在内部的缺陷。	白点是在氢和相变时的组织应力以及热应力的共同作用下产生的，当钢中含氢量较多和热压力加工后冷却（或锻后热处理）太快时较易产生。     用带有白点的钢锻造出来的锻件，在热处理时（淬火）易发生龟裂，有时甚至成块掉下。白点降低钢的塑性和零件的强度，是应力集点，它象尖锐的切刀一样，在交变载荷的作用下，很容量变成疲劳裂纹而导致疲劳破坏。
粗晶环	经热处理后供应的铝及其合金挤压棒材，在其圆断面的外层常常有粗晶环。粗晶环的厚度，由挤压时的始端到末端是逐渐增加的。若挤压时的润滑条件良好，则在热处理后可以减小或避免粗晶环。反之，环的厚度会增加。	粗晶环的产生原因与很多因素有关。但主要因素是由于挤压过程中金属与挤压筒产生的摩擦。这种摩擦致使挤出来的棒材横断面的外表层晶粒要比棒材中心层晶粒的破碎程度大得多。但是由于筒壁的影响，此区温度低，挤压时未能完全再结晶，淬火加热时未再结晶的晶粒再结晶并长大吞并已经再结晶的晶粒，于是在表层形成了粗晶环。     有粗晶环的坯料锻造时容易开裂，如粗晶环保留在锻件表层，则将降低零件的性能。
缩  管 残  余	缩管残余附近区或一般会出现密集的杂夹物、疏松或偏析。在横向低部中呈不规则的皱折的缝隙。	一般是由于钢锭冒口部分产生的集中缩孔未切除干净，开坯和轧制时残留在钢材内部而产生的。

坯料剪切和切割时产生的缺陷及其引起的锻件缺陷   

名  称	主  要  特  征	产   生  原  因  及  影  响
切  斜	坯料端面与轧线倾斜，超过了规定的允许值。	剪切时棒料未压紧造成的。
坯料端部弯曲并带毛刺	坯料时部分金属被带入剪刀间隙之间，产生尖锐的毛刺。	被切断之前已有弯曲，结果部分金属被挤入刀片之间，形成端部下垂毛刺。 有毛刺的坯料，加热易引起局部过热过烧，锻造时易产生折迭和开裂。
端  部 裂  纹	主要产生在剪切大断面坯料时，如冷状态下剪切合金钢和高碳钢时也会产生长。通常是在剪切后3～4小时才发现。	由于刀片的单位压力太大，使圆形断面的坯料压扁成椭圆形，这时材料中产生了很大的内应力。而压扁的端面力求恢复原来的形状，在内应力的作用下则常在切料后的几小时内出现开裂。材料硬度过高、硬度不均和材料偏析较严重时也易产生剪切裂纹。
气  割 裂  纹	一般位于坯料端部。	由于气割前原材料没有预热，气割时产生组织应力和热应力引起的。 有气割裂纹的坯料，锻造时裂纹将进一步扩展。
凸  芯 开  裂	一般位于原坯料端面的中心。	车床下料时，在棒料的端面往往留有凸芯。锻造过程中，由于凸芯的断面很小，冷却快，因而其塑性较低，但坯料基体部分断面大，冷却慢，塑性高。因此，在断面突变交接处成为应力集中的部位，加之两部分塑性差异较大，故在锤击力的作用下，凸芯的周围容易造成开裂。

加热不当产生的缺陷   

名  称	主  要  特  征	产  生  原  因  及  影  响
过  热	一般是指金属由于加热温度过高引起粗大晶粒的现象。碳钢（亚共析钢或过共析钢）以出现魏氏组织为特征。工模具钢（或高合金钢）以一次碳化物角状化为特征。一些合金结构钢过热后除晶粒粗大外，沿晶界还有析出物，而且用一般热处理办法也不易消除。	加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长，或由于热效应而引起的。     过热组织由于晶粒粗大，将引起机械性能降低，尤其是冲击性能。
过  烧	过烧严重的金属，镦粗时轻轻一击就裂，拔长时在过烧处出现横向裂口。 过烧部位的晶粒特别粗大。裂口间的表面呈浅灰蓝色。过烧的铝合金锻件，表面呈黑色或暗黑色，并且表面形成鸡皮状气泡。从高倍组织看，一般以晶界氧化和熔化现象为特征。对碳钢来说，晶界出现氧化和熔化；工模具钢（高速钢、铬12型钢）过烧时晶界熔化而出现鱼骨状莱氏体；铝合金过烧往往出现晶界熔化三角区域或复熔球等。	加热温度过高或高温加热时间过长引起的。炉中的氧及其他氧化性气体渗透到金属材料晶粒间，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶体，它破坏了晶粒间的联系。
铜  脆	锻造时锻件表面龟裂。高倍观察，有淡黄色的铜（或铜的固溶体）沿晶界分布。	炉内残存氧化铜屑，加热时氧化铜还原为自由铜，熔融的铜原子在高温下沿奥氏体晶界扩展，削弱了晶粒间的联系。另外，钢中含铜量较高（＞2%）时，如在氧化性气氛中加热，在氧化皮下形成富铜层，也引起铜脆。
加  热 裂  纹	沿坯料的横断面开裂，裂纹由中心向四周呈辐射状扩展。	由于坯料尺寸大，钢的导热性差，加之加热速度过快，形成坯料内外温度相差很大，产生的热应力超过坯料的强度极限所致。 这种缺陷多产生于高合金钢和高温合金加热中
石  状 断  口	在纤维断口基体上，呈现不同取向、无金属光泽、灰白色粒状断面。石状断口多发生于锻件的表面部分。	它是由严重过热引起的。该断面相当于钢过热时形成的粗大奥氏体晶界面。钢料过热后冷却时MnS等异相质点沿粗大奥氏体晶界析出。当钢由于调质使基体的韧性增强后折断时，则断裂沿原来的奥氏体晶界面发生。这样，在纤维状断口基体上就呈现出许多小平面，形成石状断口。 严重的石状断口不能用普通的热处理方法加以改善，具有石状断口的锻件的冲击值下降。
脱  碳	锻件表层的含碳量较内部明显降低，在高倍组织上表层渗碳体的数量减少，在机械性能上表层的硬度或强度下降。	金属在高温下表层的碳被氧化。脱碳层的深度与钢的成分、炉气成分、温度和在此温度下的保温时间有关。采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高速钢易脱碳，含硅量多的钢也易脱碳。 脱碳零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。
增  碳	经油炉加热的锻件，其表或部分表面发生增碳现象。有时增碳层厚度达1.5～1.6mm,增碳层含碳量达1%左右,局部点含碳量甚至超过2%,出现莱氏体组织.	坯料在油炉里加热时,两个喷油嘴的喷射交叉区得不到充分燃烧,造成渗碳气氛,或喷嘴雾化不良喷出油滴,使锻炼件的表面出现增碳现象. 增碳使锻件的机械加工性能变坏,切削时易打刀.
9Cr18不锈钢轴承链状碳化物	9Cr18不锈钢锻造及退火后出现孪晶组织，而且退火组织中一次碳化物沿孪晶线呈链状析出。	锻造加热温度超过1160℃是出现孪晶及退火后出现链状碳化物的原因。 链状碳化物析出使钢的冲击韧性下降(这种缺陷属于稳定过热)。
热透不足引起心部开裂	心部开裂常在坯料的头部，其开裂深度与加热和锻造有关，有时裂纹贯穿整个坯料。	锻造高合金钢时，坯料在高温区加热到锻造温度后，保温时间不足，坯料未热透，坯料内部温度低，外部温度高。锻造时，外部温度高，塑性好、变形大，而内部温度低，塑性差，变形小，甚至没有变形。由于严重的不均匀变形，引起金属坯料心部开裂。
铝合金锻件表面气泡	在水中铲除气泡表层，可发现气泡内有气体逸出。在气泡内壁上灰黑色的、类似燃烧后的产物，如同树木的年轮。气泡内壁不是撕裂的断口，而是呈波纹的光滑表面。	1.由挤压坯料表面气泡带来的。 2.在高温下加热（热处理或锻造加热跑温）时，铝合金，特别是含镁量高的铝合金与炉内水蒸气发生作用形成的。 3.火焰炉炉气中存在有硫，或者电炉中加热时锻件表面残留有含硫的润滑剂。

锻造工艺不当产生的缺陷           

名  称	主  要  特  征	产  生  原  因  及  影  响
大晶粒	在锻件低倍上晶粒粗大。	始锻温度过高和变形程度不足；终锻温度过高；变形程度落入临界变形区；铝合金变形程度过大，形成织构；高合金变形温度过低，形成混合变形组织等，均能形成粗大晶粒。 粗晶使锻件的塑性、韧性降低，疲劳性能明显下降。
晶  粒 不均匀	锻件某些部位的晶粒特别粗大，某些部位却较小，形成整个锻炼件内部晶粒大小不均。 耐热钢及高温合金对晶粒不均匀特别敏感。	变形不均匀使晶粒破碎不一，或局部区域变形程度落入临界变形区，高温合金局部加热硬化，淬火加热时局部晶粒粗大。 晶粒不均匀使锻件的持久性能、疲劳性能等明显下降。
冷 硬现  象	热锻后锻炼件内仍部分保留冷变形组织，锻件的强度和硬度比正常热锻的要高，而塑性和韧性下降。	变形时温度偏低或变形速度太快，以及锻后冷却过快，以致再结晶引起的软化跟不上变形引起的强化（硬化），从而出现热加工后的冷硬现象。
脱碳层堆  积	锻件上局部地方脱碳层堆积，硬度低于正常组织部位的硬度。	这种缺陷是由于锻造工艺不当引起的。例如，圆棒料拔长时由于锤击过重，压下量过大，翻转90°压缩时形成双鼓形，再拔长时，双鼓形成的金属一部分向外流动，增加宽度，一部分金属向中心流动，因而形成中心区的脱碳层的堆积现象。
十字 裂  纹	裂纹沿锻件横断面的对角线方向分布，其长度不一，有时可能完全贯穿整个坯料。这种缺陷在低塑料性的高速钢、高铬钢的拔长工序中常出现。	这是在反复对坯料进行翻转发90°的拔长过程中，送进量过大，且在同一处反复重击造成的。矩形断面坯料在平砧下拔长时，对角线两侧金属进行剧烈的交错流动，产生很大的交变剪切，当切变程度或切变应力超过材料允许的数值时，便沿对角线方向产生裂纹。
龟  裂	锻炼件表面出现较浅的龟状裂纹。	1．原材料含Cu、Sn等易熔元素量过多； 2．高温长时间加热时，钢表面铜析出、表面晶粒粗大、脱碳，或经多次加热的表面； 3．燃料中含硫量过高； 4．锻件形成中受拉应力的表面（例如，未充满的凸出部分或受弯曲的部分）最容易产生这种缺陷。
飞 边裂  纹	模锻及切边时，在分模面处产生的裂纹。	在模锻操作中，由于重击使金属强烈流动产生穿筋现象；镁合金模锻件切边温度过低；铜合金模锻件切边温度过高。
分模面裂 纹	锻件沿分模面开裂。	原材料非金属夹杂物多，锻造时向分模面流动与集中，或轧制过的原材料缩孔或疏松的边缘挤入飞边后形成。
孔 边龟  裂	在冲孔边缘有龟裂或裂纹，铬钢冲孔时出现较多。	主要是冲孔芯子没有预热、预热不够或冲孔变形太大造成。
裂  纹	锻炼件的完整性被破坏。	1.坯料表面和内部有微裂纹,锻造时进一步扩展; 2.坯料内存在组织缺陷或热加工温度不当,使材料塑性下降; 3.锻造时存在较大的拉应力、剪应力或附加拉应力； 4.变形速度过快，变形程度过大。
锻 造折  迭	折纹与金属流线方向一致，折纹尾端一般呈小圆角。但随后锻造变形又会使折迭发生开裂，使折纹的尾端呈尖角形。一般折纹两侧有较重的氧化脱碳现象，在个别情况下也有发生增碳现象。	折迭是金属变形过程式中已氧化过的表层金属汇合在一起而形成的。与原材料和坯料的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑情况及锻造的实际操作等有关。折迭不仅减少了零件的承载面积，而且工作时由于此处的应力集中往往成为疲劳源。
穿  流	穿流是流线分布不当的一种形式。在穿流区，原先成一定角度分布的流线汇合在一起。穿流区内。外晶粒大小常常相差较悬殊	穿流产生的原因与折迭相似，它是由两股金属或一股金属带着另一股金属汇流而形成的，但穿流部分的金属仍是一整体。 穿流使锻件的机械性能降低，尤其当穿流带两侧晶粒相差较悬殊时，性能降低较明显。
锻件流线分布不  当	在锻件低倍上发生流线切断、回流、涡流等流线紊乱现象。	1.模具设计不当或锻造方法选择不合理，预制毛坯流线紊乱； 2.操作不当及模具磨损使金属产生不均匀流动。
带 状组  织	铁素体和珠光体、铁素体和奥氏体、铁素体和贝氏体以及铁素体和马氏体在锻件中呈带状分布的一种组织，它们多出现在亚共析钢、奥氏体钢和半马氏体钢中。	这种组织，是在两相共存的情况下锻造变形产生的； 带状组织能降低材料的横向塑性指标，特别是冲击韧性。在锻造或零件工作时常易沿铁素体带或两相交界处开裂 。
剪切带	锻件横向低倍上出现波浪状的细晶区，多出现在钛合金和低温锻造的高温合金锻件中。	由于钛合金和高温合金对激冷敏感性大，在模锻过程中，坯料接触表面附近难变形区逐步扩大，在难变形区间发生强烈剪切变形所致。结果形成了强烈的方向性，使锻炼件性能降低。
碳化物偏析级别不符合要求	碳化物分布不均匀 ，呈大块状集中分布或呈网状分布。这种缺陷主要出现于莱氏体工模具钢中。	原材料碳化物偏析级别差，加之改锻时锻比不够或锻造方法不当； 具有这种缺陷的锻件，热处理淬火时容易局部过热和淬裂。制成的刃具和模具使用时易崩刃等。
锻造组织残留	在锻件组织中，存在有铸态组织。主要是出在用铸锭作坯料的锻件中。铸态组织主要残留在锻件的困难变形区	锻比不够和锻造方法不当。这种缺陷使锻件的性能下降，尤其是冲击韧性和疲劳性能等。
铜合金锻件应力腐蚀  开 裂（季裂）	主要产生于含锌的黄铜中。低倍和高倍观察表明，裂纹的扩展呈树枝状形态。	锻造时变形不均匀，锻后又未及时退火，使锻件内存在残余应力； 存在残余应力的锻件，在潮湿的空气中，特别是在含氨盐的大气中放置时会引起应力腐蚀开裂 。

锻后冷却不当产生的缺陷    

名  称	主  要  特  征	产  生  原  因  及  影  响
冷 却裂  纹	裂纹光滑细长。在圆形截面的锻件中有时裂纹呈圆形。	冷却太快，产生较大的热应力或组织转变引起的组织应力（例如：马氏体钢冷却过快发生马氏体的激烈转变，往往产生裂纹），使锻件出现裂纹。
网 状碳化物	碳化物沿晶界呈网状析出。在含碳量高的钢中常见。	由于停锻温度高，冷却速度过慢，造成碳化物沿晶界析出（例如：轴承钢在870～770℃缓冷，则碳化物沿晶界析出）。网状碳化物在热处理时易引起淬火裂纹。另外，它还使零件的使用性能变坏

锻后热处理不当产生的缺陷   

名  称	主  要  特  征	产  生  原  因  及  影  响
硬度过高或硬度不够	硬度不符合规定要求（硬度不够或过高）。	淬火温度太低，淬火加热时间太短、回火温高太高、多次加热引起表面严重脱碳、钢的化学成分不合格等，皆会造成硬度不够 。正火后冷却太快，正火或回火加热泪盈眶时间太短，或钢的化学成分不合格，则能造成硬度过高。
硬 度不  均	在同一锻件的几个不同部位测得的硬度相差很大。	热处理工艺不当（一次装炉太多，保温时间太短）或加热引起局部脱碳等。

清理产生的缺陷   

名  称	主  要  特  征	产      生      原      因
酸 洗 过 度	锻件表面呈疏松多孔状。	酸的浓度过高和锻件在酸洗槽中停留时间太长，或由于锻件表面酸洗不净，酸液残留在锻件表面上。
腐 蚀裂  纹	马氏体不锈钢锻件酸洗清除氧化皮后，有时发现表面有细小网状裂纹。高倍观察表明，裂纹沿晶界扩展，呈树枝状形态。	锻后残余应力未消除。

      

magic124

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magic124

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