鋁合金鍛件折迭與裂紋的控制

1 引 言 

    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％。 

    2 折迭與裂紋的實(shí)例分析 

    2.1 三通閥折迭的分析 
    三通閥鍛件，材料為LY11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的金屬對流匯合而造成的，而φ23mm與中間部分過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將鄰近的表層金屬帶著流動而形成的，另外在折迭處有一定的氧化現(xiàn)象。 

    2.1.1 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，模具模膛過渡處圓角半徑較小，操作時(shí)一次壓下量太大。 

    2.1.2 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)貪櫥�上模模膛�?nbsp;

    2.2 軸承蓋裂紋的分析 

    492Q汽油機(jī)軸承蓋鍛件，材料為LY11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，裂紋開口角度為30°～50°。 

    2.2.1 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)生開裂。 

    2.2.2 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；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。 

    2.3 油堵折迭與裂紋的分析 
    油堵鍛件，材料為LY11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。 

    2.3.1 折迭與裂紋產(chǎn)生的原因 

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

    2.3.2 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件潤滑上模一次。 

    3 結(jié)束語 

    在生產(chǎn)實(shí)際中對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折迭、裂紋和粗晶環(huán)等缺陷。對坯料加熱來說，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，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。