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铝合金锻件折迭与裂纹的控制

 1 引言  

铝合金模锻件因其具有比重小、导热性好、导电性能高及耐腐蚀等优点,而广泛用于中、高强度有一定要求的零部件。铝合金加热模锻的工艺特点是流动性差,塑性较低,导热性良好,锻造温度范围窄,始、终锻温度要求严格,加热模锻的性能特点是铝合金不产生同素异构转变,主要依靠正确控制锻造力学参数改善金属组织,使金属流线均匀连续地沿锻件外形分布以提高机械性能;加热模锻的质量特点是铝合金极易产生折迭与裂纹两大质量缺陷。其中折迭可减少零件的承载面积,服役时极易产生应力集中而成为疲劳失效源,危害很大,折迭废品约占锻件废品总数的70%~80%;裂纹危害更大,裂纹废品约占锻件废品总数的5%~10%。  

2 折迭与裂纹的实例分析  

2.1 三通阀折迭的分析  

三通阀锻件,材料为LY11或LD10,下料尺寸为φ50mm×55mm或40mm×40mm×69mm,重0.29kg,锻造时产生折迭。从锻件宏观上可以看出,中间部分的折迭是由两股流动的金属对流汇合而造成的,而φ23mm与中间部分过渡处的折迭是由一部分金属的局部变形被压入到另一部分金属内而形成的,同时还有一股金属急速流动将邻近的表层金属带着流动而形成的,另外在折迭处有一定的氧化现象。  

2.1.1 折迭产生的原因  

坯料横截面尺寸大,制坯形状不合理,局部压入式成形,模具模膛过渡处圆角半径较小,操作时一次压下量太大。  

2.1.2 消除折迭的方法  

将模具模膛的模锻斜度由5°增大到7°;将模膛φ23mm与锻件过渡处的圆角半径由R3mm增大到R8mm;将锻件易折迭部分模膛处的制造抛光方向顺着金属流动方向进行;将模膛表面粗糙度值Ra=1.6μm减小到Ra=0.4μm;将坯料制坯尺寸变为38mm×58mm×74mm,在锻件终锻成形时按先轻后重的方式进行操作,并适当地润滑上模模膛。  

2.2 轴承盖裂纹的分析  

492Q汽油机轴承盖锻件,材料为LY11的挤压棒料,下料尺寸为φ70mm×120mm,重1.3kg。当沿坯料轴向镦粗制坯后再终锻,在锻件坯料轴线45°方向产生宏观斜裂,裂纹开口角度为30°~50°。  

2.2.1 裂纹产生的原因  

挤压铝棒料具有明显的各向异性,其中纵向机械性能明显高于横向机械性能(纵向韧性最大,而横向韧性最小)。在终锻开始时在三向应力不等的情况下或非三向压应力的作用下,存在最大剪应力,易造成坯料晶粒间联系破坏,不利于滑移变形的发展,变形能力差而产生斜裂。同时因变形不均而引起的附加应力和温度不均产生的热应力较大,变形大的部分和变形小的部分相互作用,拉应力超出该部分强度时便产生开裂。  

2.2.2 消除裂纹的方法  

严格控制始、终锻温度,减少坯料装炉数量,缩短坯料出炉到锻造的时间,当坯料在加热一定的时间后进行翻动;利用挤压坯料沿轴向韧性好、塑性好的特点,沿坯料径向即垂直于纤维方向锻造压扁制坯,然后终锻。  

2.3 油堵折迭与裂纹的分析  

油堵锻件,材料为LY11或LY12的挤压棒料,下料尺寸为φ35mm×45mm,重0.08kg。在RFX-45箱式电炉中加热,每次出炉量15件,但在锻造10件以后,采用轴向或径向镦粗制坯,然后终锻时,出现与沿分模面方向的飞边成15°~35°的裂纹,并沿伸到锻件。当采用φ30mm×60mm的坯料沿轴向镦粗制坯时,在锻件环R10mm处四周产生较大的折迭。  

2.3.1 折迭与裂纹产生的原因  

每次坯料出炉量过多,始锻温度低,制坯终锻时变形程度过大或锻造比过大,锻模预热或润滑不当。  

2.3.2 消除折迭与裂纹的方法  

选择坯料规格的最小直径为φ35mm,坯料加热到480℃保温2h,每次坯料出炉量在10件以下,终锻按先轻后重的方式进行,提高锻模的预热温度,并每隔2件润滑上模一次。  

3 结束语  

在生产实际中对铝合金模锻件折迭与裂纹两大质量缺陷进行质量控制,应做到预防为主,工艺技术和生产管理相结合,具体应做到以下几个方面:  

(1)应对锻造设备、工艺装备和坯料的技术状况进行必要的分析,使锻造工艺符合生产实际,做到先进、合理、完整和准确。  

(2)在锻模设计时,应考虑锻件所需的成形力和设备的吨位,合理分配制坯或中间坯料的体积,选择正确的充填方式,增大锻模模膛过渡处的圆角半径或模锻斜度,降低模膛(含飞边桥)的表面粗糙度值。  

(3)应确保使用的铝合金原材料无折迭、裂纹和粗晶环等缺陷。对坯料加热来说,应严格控制装炉量,在加热一半的时间内将坯料翻动,尽可能地减少出炉到锻造的时间。  

(4)在锻造操作时,应按先轻后重的操作原则,正确地控制坯料的变形程度或锤击力,合理地利用挤压原材料的各向异性,正确预热锻模和操作工具,以及合理地润滑锻模(尤其是上模模膛)。  

(5)在锻造生产时,应由生产班长统一指挥,首件检验应有主管技术人员配合,必要时跟班作业指导生产,同时首批首件生产,应尽可能地安排在白班生产,以利于发现锻件的质量缺陷,在确认无折迭和裂纹等缺陷后,可在规定的时间间隔内均匀而有节奏地均衡生产。  

(6)在锻件检验时,须做到首件检验,严格执行“三检制”,还应做到工序检验、中间检验、巡回检验和最终检验,防止系统性质量缺陷流入到下道工序。

 
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