材料选择与准备:
选择坯料: 根据最终零件的材料要求(如碳钢、合金钢、铝合金、钛合金等)选择合适的原材料。常见坯料形式包括棒料、钢锭、方坯等。
下料: 将原材料切割或锯切成锻造所需尺寸和重量的坯料段。
表面清理: 去除坯料表面的氧化皮、油污、锈迹等杂质,防止其压入锻件内部形成缺陷。
加热:
目的: 提高金属的塑性,降低变形抗力,使其易于锻造。大多数锻造在高温下进行(热锻)。
加热设备: 常用加热炉包括箱式炉、推杆式炉、转底炉、感应加热炉等。
温度控制: 加热温度需精确控制在该金属材料的锻造温度范围内。这个范围通常在该金属熔点的70%-80%之间(绝对温度)。温度过高会导致过烧(晶界氧化熔化)、过热(晶粒粗大);温度过低则塑性差,变形困难,易开裂。
均热: 确保坯料内外温度均匀一致。
锻造变形:
自由锻: 坯料在上下砧铁间受压变形,工具(砧铁、冲头、芯棒、马架等)形状简单,金属流动方向不受严格限制。操作灵活,适用于单件、小批量或大型锻件。基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等。
模锻: 将加热的坯料放入具有最终锻件形状的模具型腔中,施加压力使其充满型腔。效率高、尺寸精度好、材料利用率高,适用于大批量生产。可分为开式模锻(有飞边)和闭式模锻(无飞边)。
这是锻造的核心工序。加热好的坯料从炉中取出,迅速转移到锻造设备(锻锤、压力机等)上进行塑性变形。
主要方法:
过程控制: 需控制锻造比(变形程度)、变形速度、变形温度等参数,以获得所需的金属流线、晶粒组织和力学性能。可能需要多次加热和变形(多火次锻造)。
锻后处理:
切边与冲孔: 对于模锻件,需要用切边模切除飞边(多余金属),对于有孔的锻件可能需要冲掉连皮。
热校正: 对于在锻造或冷却过程中产生变形的锻件,可能需要进行热态下的校正。
清理: 去除锻件表面的氧化皮、毛刺等。方法包括抛丸、喷砂、酸洗、滚筒清理等。
冷却: 锻造完成后,锻件需要以适当的方式冷却。冷却方式(空冷、坑冷、炉冷等)对最终组织和性能有重要影响,需根据材料和要求确定,有时需要控制冷却速度以防止开裂或获得特定组织。
热处理:
消除锻造过程中的内应力。
细化晶粒,均匀组织。
调整和改善锻件的力学性能(强度、硬度、韧性等)。
为后续机加工做好准备。
大多数锻件都需要进行热处理,以:
常见的热处理工艺包括退火、正火、调质(淬火+高温回火)等。
质量检验:
对锻件进行全面的检验以确保其符合图纸和技术要求。
外观检查: 检查表面缺陷(裂纹、折叠、凹坑等)、尺寸和形状。
无损检测: 常用方法有超声波探伤(UT - 检测内部缺陷)、磁粉探伤(MT - 检测表面和近表面缺陷)、渗透探伤(PT - 检测表面开口缺陷)、射线探伤(RT - 检测内部缺陷)。
力学性能测试: 在锻件本体或同炉批的试样上取样,测试硬度、拉伸强度、屈服强度、冲击韧性等。
金相检验: 检查显微组织(晶粒度、相组成、夹杂物等)。
化学成分分析: 验证材料成分是否符合要求。
精整与标识:
精整: 对检验合格的锻件进行最后的修磨、打磨等,去除微小缺陷或达到表面光洁度要求。
标识: 在锻件规定位置打上标识(如炉批号、零件号、材料牌号、检验印记等),以便追溯。
附加说明:
冷锻/温锻: 上述流程主要针对最常见的热锻。冷锻在室温下进行,变形抗力大,但精度高、表面好、强度提升显著,常用于较小零件。温锻介于室温和再结晶温度之间,兼具部分热锻和冷锻的优点。
润滑: 在模锻(尤其是精密锻造)中,模具润滑非常重要,可以减少摩擦、降低变形力、防止粘模、提高模具寿命和锻件表面质量。
安全: 锻造是高温、高压、高噪音的环境,必须严格遵守安全操作规程,佩戴好防护用品(隔热服、安全帽、防护眼镜、耳塞等)。
锻造流程的选择和具体操作参数(温度、变形量、速度、热处理制度等)需要根据锻件的材料、形状、尺寸、性能要求以及生产批量进行综合确定。这是一个集材料科学、塑性力学、热力学和机械工程于一体的复杂工艺过程。