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本文是工科高职机械类专业基础课《金属工艺学》教学授课课件的一部分，主要讲授金属压力加工变形
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从模具和锻造压力机角度尤化复杂大零件
优质期刊推荐锻造过程中常见的失效形式与防止措施
作者：安全管理网　来源：安全管理网　点击：
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2）由附加应力及残余应力引起的裂纹。锻件变形时，伸长较多的部分和伸长较少的部分相互牵制，伸长较大的部位受到附加压应力作用，而伸长较少的部位则受到附加拉应力的作用。当附加拉应力超过材料的变形极限时，就会产生裂纹。矩形断面的坯料拔长时，如果送进量l相对于坯料高度h较小（l＜0.5h），则变形区与镦粗时形成的双鼓形类似，中间部分锻不透，上、下两部分金属强制其延伸，而使其受到拉应力，产生横向裂纹。
3）由热应力及组织应力引起的裂纹。锻件在加热或冷却时，由于温度不均匀造成热胀或冷缩不均匀，引起内应力。在降温较快或升温较慢处材料受拉应力，反之，则受到压应力的作用。当组织转变不能同时发生时，则产生组织应力。增加比容的转变区受压应力，减小比容的转变区则受拉应力。当拉应力超过材料的强度极限时，锻件上就会产生裂纹。奥氏体冷却时，发生马氏体转变的材料在冷却过程中形成的热应力和组织应力使工件在冷却过程中听形成的热应力和组织应力不断发生变化，其分布恰好相反，但并不能相互抵消。热应力在高温时已经形成，而淬火组织应力则在较低的温度时才开始出现。室温时，残余应力的大小与分布取决于热应力与组织应力的相互叠加的结果。
（2）裂纹的特征 裂纹一般与流线成一定的夹角，尾部是尖的。这与折叠不同，折叠与附近的流线平行，尾部呈圆角，对中高碳钢来说折叠表面有氧化脱碳现象。
具有裂纹的锻件加热后，裂纹附近有严重脱碳现象，冷却裂纹则没有这种现象。由于冷校正及冷切边引起的裂纹。在裂纹周围有滑移带等冷变形痕迹。
（3）防止裂纹产生的措施 裂纹的产生与受力情况和材料的塑性有关。当温度和应变速度一定时，由拉应力引起的开裂条件为：
Cσ≈a—bp+cε
由切应力引起的开裂条件为：
τ≈A—Bp+Cε
式中，p为静水压力，即三个主应力的平均值，拉应力取正，压应力取负。ε是有效应变，代表加工硬化。a、b、c和A、B、C为系数。可见，防止裂纹产生的主要措施如下。
1）变形时尽量减小拉应力。三向等压应力不仅不会使裂纹扩展，而且微小未被氧化的裂纹在高的三向压应力作用下被锻合。低塑性材料采用反推力挤压及带套筒镦粗可防止开裂。挤压和拔长时减小附加应力，是防止开裂的非常有效的措施。
2）选择合适的变形温度。变形温度低，冷变形硬化严重，塑性下降；变形温度过高，则易引起过热与过烧。
3）控制应变速度。应变速度对低塑性材料有很大的影响，应根据具体材料选用合适的锻造设备，以控制变形速度。
4）中间退火。冷变形程度过大，往往引起锻件开裂，经过中间退火，可以消除硬化和变形引起的部分缺陷。
5）提高材料的塑性。材料晶界上出现低熔点物质和脆性化合物，在锻造时易引起开裂，应尽量避免这些缺陷。
、锻件其他常见的失效形式
锻造生产中，锻件其他常见的失效形式见表。
锻件其他常见的失效形式
产生的原因及影响
一般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引起的
过热组织由于晶粒粗大，将使力学性能降低，尤其是冲击性能
过烧严重的金属，镦粗时轻轻一击就开裂，拔长时在过烧处出现横向裂口
过烧部位的晶粒特别粗大。裂纹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。从组织上看，一般以晶界出现氧化和熔化现象为特征
加热温度过高或高温加热时间过长引起的。炉中的氧及金属晶粒间的空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔相，破坏晶粒间的联系
锻造时锻件表面龟裂。高倍显微镜下观察时，有淡黄色的铜（或铜的固溶体）沿晶界分布
炉内残余氧化铜屑，加热时氧化铜还原为自由铜，铜在高温下沿奥氏体晶界扩展，削弱了晶粒间的联系。另外，当钢中含铜量＞0.2%时，在氧化性气氛中加热，在氧化皮下形成富铜层，也引起铜脆
锻件在低倍显微镜下观察，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；高温合金变形温度过低，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，高温合金局部加工硬化，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
热锻后锻件内部仍保留冷变形组织，锻件强度和硬度比正常的热锻高，但塑性和韧性下降
变形时温度偏低或变形速度过快以及锻后冷却速度过快，再结晶引起的软化跟不上变形引起的强化，从而出现热加工后的冷硬现象
脱碳层堆积
上局部地方出现脱碳层堆积，该处硬度低于正常组织的硬度
这种缺陷是由于锻造工艺不当引起的。例如，圆棒料拔长时，由于锤击过重和压下量过大，翻转90°压缩时成双鼓形，再拔长时，双鼓形的一部分金属向外流动，增加宽度的同时，一部分金属向中间部位流动，形成了中间部位脱碳层堆积现象
锻件表面出现较浅的龟状裂纹
原材料含Cu、Sn等易熔元素量过多；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；加热时，燃料中含硫量过高，造成锻件表面增硫；锻件成形中受拉应力的表面（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
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、外晶粒大小常常相关较悬殊
穿流产生的原因与折叠相似，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。穿流使锻件的力学性能降低，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
锻件上发生流线切断、回流、涡流等流线紊乱现象
模具设计不当或锻造方法选择不合理，预先毛坯流线紊乱；操作不当及模具磨损使金属产生不均匀流动
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