鋁合金鍛件折迭與裂紋的控制

鋁合金模鍛件因其具有比重小、導(dǎo)熱性好、導(dǎo)電性能高及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于中、高強(qiáng)度有一定要求的零部件。鋁合金加熱模鍛的工藝特點(diǎn)是流動(dòng)性差，塑性較低，導(dǎo)熱性良好，鍛造溫度范圍窄，始、終鍛溫度要求嚴(yán)格，加熱模鍛的性能特點(diǎn)是鋁合金不產(chǎn)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，主要依靠正確控制鍛造力學(xué)參數(shù)改善金屬組織，使金屬流線均勻連續(xù)地沿鍛件外形分布以提高機(jī)械性能；加熱模鍛的質(zhì)量特點(diǎn)是鋁合金極易產(chǎn)生折迭與裂紋兩大質(zhì)量缺陷。其中折迭可減少零件的承載面積，服役時(shí)極易產(chǎn)生應(yīng)力集中而成為疲勞失效源，危害很大，折迭廢品約占鍛件廢品總數(shù)的70％～80％；裂紋危害更大，裂紋廢品約占鍛件廢品總數(shù)的5％～10％。 

1 折迭與裂紋的實(shí)例分析 

1.1 三通閥折迭的分析 

材料為L(zhǎng)Y11或LD10，下料尺寸為φ50mm×55mm或40mm×40mm×69mm，重0.29kg，鍛造時(shí)產(chǎn)生折迭。從鍛件宏觀上可以看出，中間部分的折迭是由兩股流動(dòng)的金屬對(duì)流匯合而造成的，而φ23mm與中間部分過(guò)渡處的折迭是由一部分金屬的局部變形被壓入到另一部分金屬內(nèi)而形成的，同時(shí)還有一股金屬急速流動(dòng)將鄰近的表層金屬帶著流動(dòng)而形成的，另外在折迭處有一定的氧化現(xiàn)象。  

1.1.1 折迭產(chǎn)生的原因

坯料橫截面尺寸大，制坯形狀不合理，局部壓入式成形，模具模膛過(guò)渡處圓角半徑較小，操作時(shí)一次壓下量太大。  

1.1.2 消除折迭的方法 

將模具模膛的模鍛斜度由5°增大到7°；將模膛φ23mm與鍛件過(guò)渡處的圓角半徑由R3mm增大到R8mm；將鍛件易折迭部分模膛處的制造拋光方向順著金屬流動(dòng)方向進(jìn)行；將模膛表面粗糙度值Ra=1.6μm減小到Ra=0.4μm；將坯料制坯尺寸變?yōu)?8mm×58mm×74mm，在鍛件終鍛成形時(shí)按先輕后重的方式進(jìn)行操作，并適當(dāng)?shù)貪?rùn)滑上模模膛。 

1.2 軸承蓋裂紋的分析 

如圖2所示的492Q汽油機(jī)軸承蓋鍛件，材料為L(zhǎng)Y11的擠壓棒料，下料尺寸為φ70mm×120mm，重1.3kg。當(dāng)沿坯料軸向鐓粗制坯后再終鍛，在鍛件坯料軸線45°方向產(chǎn)生宏觀斜裂，裂紋開(kāi)口角度為30°～50°。 

1.2.1 裂紋產(chǎn)生的原因 

擠壓鋁棒料具有明顯的各向異性，其中縱向機(jī)械性能明顯高于橫向機(jī)械性能(縱向韌性最大，而橫向韌性最小)。在終鍛開(kāi)始時(shí)在三向應(yīng)力不等的情況下或非三向壓應(yīng)力的作用下，存在最大剪應(yīng)力，易造成坯料晶粒間聯(lián)系破壞，不利于滑移變形的發(fā)展，變形能力差而產(chǎn)生斜裂。同時(shí)因變形不均而引起的附加應(yīng)力和溫度不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，變形大的部分和變形小的部分相互作用，拉應(yīng)力超出該部分強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生開(kāi)裂。 

1.2.2 消除裂紋的方法 

嚴(yán)格控制始、終鍛溫度，減少坯料裝爐數(shù)量，縮短坯料出爐到鍛造的時(shí)間，當(dāng)坯料在加熱一定的時(shí)間后進(jìn)行翻動(dòng)；利用擠壓坯料沿軸向韌性好、塑性好的特點(diǎn)，沿坯料徑向即垂直于纖維方向鍛造壓扁制坯，然后終鍛。 

1.3 油堵折迭與裂紋的分析 

如圖3所示的油堵鍛件，材料為L(zhǎng)Y11或LY12的擠壓棒料，下料尺寸為φ35mm×45mm，重0.08kg。在RFX－45箱式電爐中加熱，每次出爐量15件，但在鍛造10件以后，采用軸向或徑向鐓粗制坯，然后終鍛時(shí)，出現(xiàn)與沿分模面方向的飛邊成15°～35°的裂紋，并沿伸到鍛件。當(dāng)采用φ30mm×60mm的坯料沿軸向鐓粗制坯時(shí)，在鍛件環(huán)R10mm處四周產(chǎn)生較大的折迭。

1.3.1 折迭與裂紋產(chǎn)生的原因

每次坯料出爐量過(guò)多，始鍛溫度低，制坯終鍛時(shí)變形程度過(guò)大或鍛造比過(guò)大，鍛模預(yù)熱或潤(rùn)滑不當(dāng)。  

1.3.2 消除折迭與裂紋的方法

選擇坯料規(guī)格的最小直徑為φ35mm，坯料加熱到480℃保溫2h，每次坯料出爐量在10件以下，終鍛按先輕后重的方式進(jìn)行，提高鍛模的預(yù)熱溫度，并每隔2件潤(rùn)滑上模一次。  

2 結(jié)束語(yǔ) 

在生產(chǎn)實(shí)際中對(duì)鋁合金模鍛件折迭與裂紋兩大質(zhì)量缺陷進(jìn)行質(zhì)量控制，應(yīng)做到預(yù)防為主，工藝技術(shù)和生產(chǎn)管理相結(jié)合，具體應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：

(1)應(yīng)對(duì)鍛造設(shè)備、工藝裝備和坯料的技術(shù)狀況進(jìn)行必要的分析，使鍛造工藝符合生產(chǎn)實(shí)際，做到先進(jìn)、合理、完整和準(zhǔn)確。

(2)在鍛模設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮鍛件所需的成形力和設(shè)備的噸位，合理分配制坯或中間坯料的體積，選擇正確的充填方式，增大鍛模模膛過(guò)渡處的圓角半徑或模鍛斜度，降低模膛(含飛邊橋)的表面粗糙度值。

(3)應(yīng)確保使用的鋁合金原材料無(wú)折迭、裂紋和粗晶環(huán)等缺陷。對(duì)坯料加熱來(lái)說(shuō)，應(yīng)嚴(yán)格控制裝爐量，在加熱一半的時(shí)間內(nèi)將坯料翻動(dòng)，盡可能地減少出爐到鍛造的時(shí)間。

(4)在鍛造操作時(shí)，應(yīng)按先輕后重的操作原則，正確地控制坯料的變形程度或錘擊力，合理地利用擠壓原材料的各向異性，正確預(yù)熱鍛模和操作工具，以及合理地潤(rùn)滑鍛模(尤其是上模模膛)。

(5)在鍛造生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)由生產(chǎn)班長(zhǎng)統(tǒng)一指揮，首件檢驗(yàn)應(yīng)有主管技術(shù)人員配合，必要時(shí)跟班作業(yè)指導(dǎo)生產(chǎn)，同時(shí)首批首件生產(chǎn)，應(yīng)盡可能地安排在白班生產(chǎn)，以利于發(fā)現(xiàn)鍛件的質(zhì)量缺陷，在確認(rèn)無(wú)折迭和裂紋等缺陷后，可在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)均勻而有節(jié)奏地均衡生產(chǎn)。 

(6)在鍛件檢驗(yàn)時(shí)，須做到首件檢驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”，還應(yīng)做到工序檢驗(yàn)、中間檢驗(yàn)、巡回檢驗(yàn)和最終檢驗(yàn)，防止系統(tǒng)性質(zhì)量缺陷流入到下道工序。