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、導熱性好、導電性能高及耐腐蝕等優點，而廣泛用于中、高強度有一定要求的零部件。鋁合金加熱模鍛的工藝特點是流動性差，塑性較低，導熱性良好，鍛造溫度范圍窄，始、終鍛溫度要求嚴格，加熱模鍛的性能特點是鋁合金不產生同素異構轉變，主要依靠正確控制鍛造力學參數改善金屬組織，使金屬流線均勻連續地沿鍛件外形分布以提高機械性能；加熱模鍛的質量特點是鋁合金極易產生折迭與裂紋兩大質量缺陷。其中折迭可減少零件的承載面積，服役時極易產生應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的70％～80％；裂紋危害更大，裂紋廢品約占鍛件廢品總數的5％～10％。

　　2 折迭與裂紋的實例分析
　　2.1 三通閥折迭的分析
　　如圖1所示的三通閥鍛件，材料為LY11或LD10，下料尺寸為φ50mm×55mm或40mm×40mm×69mm，重0.29kg，鍛造時產生折迭。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而形成的，同時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象。
　　2.1.1 折迭產生的原因
　　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，操作時一次壓下量太大。

圖1 三通閥鍛件

　　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；將坯料制坯尺寸變為38mm×58mm×74mm，在鍛件終鍛成形時按先輕后重的方式進行操作，并適當地潤滑上模模膛。
　　2.2 軸承蓋裂紋的分析
　　如圖2所示的492Q汽油機軸承蓋鍛件，材料為LY11的擠壓棒料，下料尺寸為φ70mm×120mm，重1.3kg。當沿坯料軸向鐓粗制坯后再終鍛，在鍛件坯料軸線45°方向產生宏觀斜裂，裂紋開口角度為30°～50°。

圖2 汽油機軸承蓋鍛件

　　2.2.1 裂紋產生的原因
　　擠壓鋁棒料具有明顯的各向異性，其中縱向機械性能明顯高于橫向機械性能(縱向韌性最大，而橫向韌性最小)。在終鍛開始時在三向應力不等的情況下或非三向壓應力的作用下，存在最大剪應力，易造成坯料晶粒間聯系破壞，不利于滑移變形的發展，變形能力差而產生斜裂。同時因變形不均而引起的附加應力和溫度不均產生的熱應力較大，變形大的部分和變形小的部分相互作用，拉應力超出該部分強度時便產生開裂。
　　2.2.2 消除裂紋的方法
　　嚴格控制始、終鍛溫度，減少坯料裝爐數量，縮短坯料出爐到鍛造的時間，當坯料在加熱一定的時間后進行翻動；利用擠壓坯料沿軸向韌性好、塑性好的特點，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
　　如圖3所示的油堵鍛件，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，出現與沿分模面方向的飛邊成15°～35°的裂紋，并沿伸到鍛件。當采用φ30mm×60mm的坯料沿軸向鐓粗制坯時，在鍛件環R10mm處四周產生較大的折迭。

圖3 油堵鍛件

　　2.3.1 折迭與裂紋產生的原因
　　每次坯料出爐量過多，始鍛溫度低，制坯終鍛時變形程度過大或鍛造比過大，鍛模預熱或潤滑不當。
　　2.3.2 消除折迭與裂紋的方法
　　選擇坯料規格的最小直徑為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行，提高鍛模的預熱溫度，并每隔2件潤滑上模一次。

　　3 結束語
　　在生產實際中對鋁合金模鍛件折迭與裂紋兩大質量缺陷進行質量控制，應做到預防為主，工藝技術和生產管理相結合，具體應做到以下幾個方面：
　　(1)應對鍛造設備、工藝裝備和坯料的技術狀況進行必要的分析，使鍛造工藝符合生產實際，做到先進、合理、完整和準確。
　　(2)在鍛模設計時，應考慮鍛件所需的成形力和設備的噸位，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)應確保使用的鋁合金原材料無折迭、裂紋和粗晶環等缺陷。對坯料加熱來說，應嚴格控制裝爐量，在加熱一半的時間內將坯料翻動，盡可能地減少出爐到鍛造的時間。
　　(4)在鍛造操作時，應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)在鍛造生產時，應由生產班長統一指揮，首件檢驗應有主管技術人員配合，必要時跟班作業指導生產，同時首批首件生產，應盡可能地安排在白班生產，以利于發現鍛件的質量缺陷，在確認無折迭和裂紋等缺陷后，可在規定的時間間隔內均勻而有節奏地均衡生產。
　　(6)在鍛件檢驗時，須做到首件檢驗，嚴格執行“三檢制”，還應做到工序檢驗、中間檢驗、巡回檢驗和最終檢驗，防止系統性質量缺陷流入到下道工序。

　　折迭與裂紋產生的原因
　　每次坯料出爐量過多，始鍛溫度低，制坯終鍛時變形程度過大或鍛造比過大，鍛模預熱或潤滑不當。