鍛件

鍛件是指通過對金屬坯料進行鍛造變形而得到的工件或毛坯。利用對金屬坯料施加壓力，使其產生塑形變形，可改變其機械性能。鍛件按坯料在加工時的溫度，可分為冷鍛溫鍛和熱鍛。冷鍛一般是在室溫下加工，熱鍛是在高於金屬坯料的再結晶溫度下加工。

鍛件熱處理按其熱處理的目的不同可分為兩組。

通過鍛造可消除金屬的疏鬆。孔洞，使鍛件的機械性能得以提高。

基本介紹

• 中文名：鍛件
• 外文名：forgeable piece
• 特點：重量範圍大等
• 常見缺陷：氧化、脫碳等
• 套用：農用機械、火電站等
• 學科：機械工程

類型

鍛件幾何形體結構複雜程度差異，決定其模鍛工藝和模具設計有明顯區別，明確鍛件結構類型是進行工藝設計的必要前提。業內將一般鍛件分為3類，每類中再細分為3組，共9組。

第Ⅰ類——主體軸線立置於模膛成形，水平方向二維尺寸相近（圓形/迴轉體居多、方形或近似形狀）的鍛件。該類鍛件模鍛時通常會用到鐓粗工步。根據成形難度差異細分為3組。

Ⅰ-1組：以鐓粗並略帶壓入方式成形的鍛件，如輪轂和輪緣之間高度變化不大的齒輪。

Ⅰ-2組：以擠壓並略帶鐓粗方式及兼有擠壓、壓入和鐓粗方式成形的鍛件，如萬向節叉、十字軸等。

Ⅰ-3組：以複合擠壓方式成形的鍛件，如輪轂軸等。

第Ⅱ類——主體軸線臥置於模膛成形，水平方向一維尺寸較長的直長軸類鍛件。根據垂直主軸線的斷面積的差別程度細分為3組。

Ⅱ-1組垂直主軸線的斷面積差別不大（最大斷面積與最小斷面積之比<1.6，可不用其他設備制坯）的鍛件。

Ⅱ-2組垂直主軸線的斷面積差別較大（最大斷面積與最小斷面積之比>1.6，前方需要其他設備制坯）的鍛件，如連桿等。

Ⅱ-3組端部（一端或兩端）為叉形/枝丫形的鍛件，除按以上兩組確定是否需要制坯外，必須合理設計預鍛工步，如套管叉等。

第Ⅰ、Ⅱ類鍛件一般為平面分模或對稱曲面分模，非對稱曲面分模增加了鍛件的複雜程度。

第Ⅲ類——主體軸線曲折，臥置於模膛成形的鍛件。根據主體軸線走向細分為3組。

Ⅲ-1組主體軸線在鉛垂面內彎曲（分模面為起伏平緩的曲面或帶落差），但平面圖為直長軸形（類似第Ⅱ類），一般無須設計專門的彎曲工步即可成形的鍛件。

Ⅲ-2組主體軸線在水平面內彎曲（分模面一般為平面），必須安排彎曲工步才能成形的鍛件。

Ⅲ-3組主體軸線為空間彎曲（非對稱曲面分模）的鍛件。

還有兼備兩類或三類結構特徵，複雜程度更高的鍛件，如多數汽車轉向節鍛件。

用途

①一般工業用鍛件，是指工具機製造業、農用機械、農具製造和軸承工業等民用工業。

②水輪發電機用鍛件，像主軸和中間軸等。

③火電站用鍛件，像轉子、葉輪、護環主軸等。

④冶金機械，像冷軋輥、熱軋輥和人字齒輪軸等。

⑤壓力容器用鍛件，像筒體、釜圈法蘭和封頭等。

⑥船用鍛件，像曲軸、尾軸、舵桿、推力軸和中間軸等。

⑦鍛壓機械設備，像錘頭、錘桿、水壓機的立柱、缸體、輪軸壓裝機的支柱和缸體等。

⑧模組鍛件，主要是熱模鍛錘用的鍛模。

⑨汽車工業用鍛件，像左、右轉向節、前梁、車鉤等，據統計在汽車中，鍛壓件占其質量的80%。

⑩機車用鍛件，像車軸、車輪、板簧、機車的曲軸等，據統計，在機車中鍛壓件占其質量的60%。

⑪軍工用鍛件，像炮管、門體、炮閂支架和牽引環等，據統計，在坦克中，鍛壓件占其質量的65%。

特點

1)重量範圍大。鍛件有小到幾克至大到幾百噸

2)比鑄件質量高。鍛件的力學性能比鑄件好，能承受大的衝擊力作用和其他重負荷，所以，凡是一些重要的、受力大的零件都採用鍛件。

對於高碳化物鋼而言，鍛件比軋材質量好。如高速鋼軋材只有經過改鍛後才能滿足使用要求。特別是高速鋼銑刀必須進行改鍛。

3)重最輕。在保證設計強度的前提下，鍛件比鑄件的重量輕，這就減輕了機器自身的重量，對於交通工具、飛機、車輛和字宙航撩器械有重要的意義。

4)節約原材料。例如汽車上用的靜重17kg的曲軸，採用軋材切削鍛造時，切屑要占曲軸重量189%，而採用模鍛時，切屑只占30%，還縮短機加工工時1/6。

精密鍛造的鍛件，不僅可節約更多的原材料，而且也可節約更多的機加工工時。

5)生產率高。例如採用兩台熱模鍛壓力機模鍛徑向止推軸承，可以代替30台自動切削工具機。採用頂鍛自動機生產M24螺母時，六軸自動車床生產率的17.5倍。

6)自由鍛造靈活性大，因此，一些修造廠中廣泛地採用鍛造方法生產各種配件。

缺陷分析

(1)氧化

金屬坯料在加熱時與爐中氧化性氣體反應生成氧化物的現象稱為氧化。氧化皮的產生，不但造成金屬的燒損，而且降低鍛件表面質量和尺寸精度。當氧化皮壓入鍛件內深度超過機械加工餘量時，能導致鍛件報廢。

(2)脫碳

加熱時金屬坯料表層的碳與氧等介質發生化學反應造成表層碳元素降低的現象稱為脫碳。脫碳會使表層硬度下降，耐磨性降低。如脫碳層厚度小於機械加工餘量，不會對鍛件造成危害；反之則影響鍛件質量。採用快速加熱、在坯料表層塗保護塗料、在中性介質或還原性介性中加熱都能減緩脫碳。

(3)過熱

金屬坯料由加熱溫度過高或高溫下保溫時間太長引起晶粒粗大的現象稱為過熱。過熱會使坯料塑性下降，鍛件的力學性能降低。為此，要嚴格控制加熱溫度，儘可能縮短高溫階段的保溫時間來預防過熱的產生。

(4)過燒

金屬坯料加熱溫度超過始鍛溫度過多，使晶粒邊界出現氧化及熔化的現象稱為過燒。過燒後，材料的強度嚴重下降，塑性很差，一經鍛打即破碎變成廢料，是無法挽救的。因此，要嚴格執行正確的操作規範。

(5)裂紋

大型鍛件加熱時，如果裝爐溫度過高或加熱速度過快，則鍛件心部與表層溫差過大，造成內應力過大，導致產生裂紋。因此，對大型鍛件加熱時，要防止裝爐溫度過高和加熱速度過快，一般應採用防熱措施。

質量檢查

鍛件質量檢查項目如下：

(1)幾何形狀與尺寸

一般鍛件外形尺寸用鋼尺、卡鉗、樣板等量具進行檢測；形狀複雜的模鍛件可用劃線方法進行精確檢測。

(2)表面質量

鍛件表面上若有裂紋、壓傷、摺疊缺陷，一般用肉眼即可發現。有時裂紋很小，摺疊處不知深淺時，可在清鏟後再觀察；必要時可用探傷法檢查。

(3)內部組織

鍛件內部是否有裂紋，夾雜、疏鬆等缺陷，可用肉眼或用10～30倍放大鏡檢查鍛壓斷面上巨觀組織。生產中常用的方法是酸蝕檢驗，即在鍛件需要檢查的部位切取試樣，用酸液浸蝕即可清晰地顯示斷面上巨觀組織的缺陷的情況，如鍛造流線分布、裂紋和夾雜物等。

(4)金相檢驗

藉助於金相顯微鏡觀察鍛件斷口組織狀態的檢驗方法，可以檢查碳化物分布、晶粒度和脫碳深度等項目。

(5)力學性能

力學性能檢驗項目主要是硬度、抗拉強度和衝擊韌度。有時根據零件設計要求，還可作冷彎試驗、疲勞試驗等。

以上質量檢查項目，有時根據設計要求和生產實際情況分別採用，有時要逐件檢查，有時則按每批鍛件抽檢。通過質量檢查，便可評定鍛件是否合格。對於有缺陷的鍛件，應分析產生原因，提出預防缺陷的措施。