鍛件

　　金屬材料經(jīng)過鍛造加工而得到的工件或毛坯。
　　
　　鍛件是金屬被施加壓力，通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現(xiàn)。鑄件過程建造了精致的顆粒結(jié)構(gòu)，并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現(xiàn)實使用中，一個正確的設(shè)計能使顆粒流在主壓力的方向。
　　鍛件需要每片都是一致的，沒有任何多孔性、多余空間、內(nèi)含物或其他的瑕疵。這種方法生產(chǎn)的元件，強度與重量比有一個高的比率。這些元件通常被用在飛機結(jié)構(gòu)中。
　　鍛件的優(yōu)點有可伸展的長度、可收縮的橫截面；可收縮的長度、可伸展的橫截面；可改變的長度、可改變的橫截面。鍛件的種類有：自由鍛造/手鍛、熱模鍛/精密鍛造、頂鍛、滾鍛和模鍛。
　　鍛件的形成
　　鍛件是金屬被施加壓力，通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現(xiàn)。鍛件過程建造了精致的顆粒結(jié)構(gòu)，并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現(xiàn)實使用中，一個正確的設(shè)計能使顆粒流在主壓力的方向。
　　種類
　　飛機鍛件
　　
　　按重量計算，飛機上有85%左右的的構(gòu)件是鍛件。飛機發(fā)動機的渦輪盤、后軸頸（空心軸）、葉片、機翼的翼梁, 機身的肋筋板、輪支架、起落架的內(nèi)外筒體等都是涉及飛機安全的重要鍛件。飛機鍛件多用高強度耐磨、耐蝕的鋁合金、鈦合金、鎳基合金等貴重材料制造。為了節(jié)約材料和節(jié)約能源，飛機用鍛件大都采用模鍛或多向模鍛壓力機來生產(chǎn)。 汽車鍛按重量計算，汽車上有71.9%的鍛件。一般的汽車由車身、車箱、發(fā)動機、前橋、后橋、車架、變速箱、傳動軸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等15個部件構(gòu)成汽車鍛件的特點是外形復(fù)雜、重量輕、工況條件差、安全度要求高。如汽車發(fā)動機所使用的曲軸、連桿、凸輪軸、前橋所需的前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、后橋使用的半軸、半軸套管、橋箱內(nèi)的傳動齒輪等等，無一不是有關(guān)汽車安全運行的保安關(guān)鍵鍛件。
　　柴油機鍛件
　　柴油機是動力機械的一種，它常用來作發(fā)動機。以大型柴油機為例，所用的鍛件有汽缸蓋、主軸頸、曲軸端法蘭輸出端軸、連桿、活塞桿、活塞頭、十字頭銷軸、曲軸傳動齒輪、齒圈、中間齒輪和染油泵體等十余種。
　　船用鍛件
　　船用鍛件分為三大類，主機鍛件、軸系鍛件和舵系鍛件。主機鍛件與柴油機鍛件一樣。軸系鍛件有推力軸、中間軸艉軸等。舵系鍛件有舵桿、舵柱、舵銷等。
　　兵器鍛件
　　
　　鍛件在兵器工業(yè)中占有極其重要的地位。按重量計算，在坦克中有60%是鍛件。火炮中的炮管、炮口制退器和炮尾，步兵武器中的具有膛線的槍管及三棱刺刀、火箭和潛艇深水炸彈彈發(fā)射裝置和固定座、核潛艇高壓冷卻器用不銹鋼閥體、炮彈、槍彈等，都是鍛壓產(chǎn)品。除鋼鍛件以外，還用其它材料制造武器。
　　石油化工鍛件
　　鍛件在石油化工設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。如球形儲罐的人孔、法蘭，換熱器所需的各種管板、對焊法蘭催化裂化反應(yīng)器的整鍛筒體（壓力容器），加氫反應(yīng)器所用的筒節(jié)，化肥設(shè)備所需的頂蓋、底蓋、封頭等均是鍛件。
　　礦山鍛件
　　按設(shè)備重量計算，礦山設(shè)備中鍛件的比重為12-24%。礦山設(shè)備有：采掘設(shè)備、卷揚設(shè)備、破碎設(shè)備、研磨設(shè)備、洗選設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備。
　　核電鍛件
　　核電分為壓水堆和沸水堆兩類。核電站主要的大鍛件可分為壓力殼和堆內(nèi)構(gòu)件兩大類。壓力殼含：筒體法蘭、管嘴段、管嘴、上部筒體、下部筒體、筒體過渡段、螺栓等。堆內(nèi)構(gòu)件是在高溫、高壓、強中子幅照、硼酸水腐蝕、沖刷和水力振動等嚴(yán)峻條件下工作的，所以要選用18-8奧氏不銹鋼來制作。
　　火電鍛件
　　火力發(fā)電設(shè)備中有四大關(guān)鍵鍛件，即汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和護環(huán)，以及汽輪機中的葉輪與汽輪機轉(zhuǎn)子。
　　水電鍛件
　　水力發(fā)電站設(shè)備中的重要鍛件有水輪機大軸、水輪發(fā)電機大軸、鏡板、推力頭等。
　　質(zhì)量檢驗
　　（一）鍛件質(zhì)量檢驗的內(nèi)容
　　鍛件缺陷的存在，有的會影響后續(xù)工序處理質(zhì)量或加工質(zhì)量，有的則嚴(yán)重影響鍛件的性能及使用，甚至極大地降低所制成品件的使用壽命，危及安全。因此為了保證或提高鍛件的質(zhì)量，除在工藝上加強質(zhì)量控制，采取相應(yīng)措施杜絕鍛件缺陷的產(chǎn)生外，還應(yīng)進行必要的質(zhì)量檢驗，防止帶有對后續(xù)工序（如熱處理、表面處理、冷加工）及使用性能有惡劣影響的缺陷的鍛件流入后續(xù)工序。經(jīng)質(zhì)量檢驗后，還可以根據(jù)缺陷的性質(zhì)及影響使用的程度對已制鍛件采取補救措施，使之符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或使用的要求。
　　因此，鍛件質(zhì)量檢驗從某種意義上講，一方面是對已制鍛件的質(zhì)量把關(guān)，另一方面則是給鍛造工藝指出改進方向，從而保證鍛件質(zhì)量符合鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并滿足設(shè)計、加工、使用上的要求。
　　鍛件質(zhì)量的檢驗包括外觀質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量的檢驗。外觀質(zhì)量檢驗主要指鍛件的幾何尺寸、形狀、表面狀況等項目的檢驗；內(nèi)部質(zhì)量的檢驗則主要是指鍛件化學(xué)成分、宏觀組織、顯微組織及力學(xué)性能等各項目的檢驗。
　　
　　具體說來，鍛件的外觀質(zhì)量檢驗也就是檢查鍛件的形狀、幾何尺寸是否符合圖樣的規(guī)定，鍛件的表面是否有缺陷，是什么性質(zhì)的缺陷，它們的形態(tài)特征是什么。表面狀態(tài)的檢驗內(nèi)容一般是檢查鍛件表面是否有表面裂紋、折疊、折皺、壓坑、桔皮、起泡、斑疤、腐蝕坑、碰傷、外來物、未充滿、凹坑、缺肉、劃痕等缺陷。而內(nèi)部質(zhì)量的檢驗就是檢查鍛件本身的內(nèi)在質(zhì)量，是外觀質(zhì)量檢查無法發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量狀況，它既包含檢查鍛件的內(nèi)部缺陷，也包含檢查鍛件的力學(xué)性能，而對重要件、關(guān)鍵件或大型鍛件還應(yīng)進行化學(xué)成分分析。對于內(nèi)部缺陷我們將通過低倍檢查、斷口檢查、高倍檢查的方法來檢驗鍛件是否存在諸如內(nèi)裂、縮孔、疏松、粗晶、白點、樹枝狀結(jié)晶、流線不符合外形、流線紊亂、穿流、粗晶環(huán)、氧化膜、分層、過熱、過燒組織等缺陷。而對于力學(xué)性能主要是檢查常溫抗拉強度、塑性、韌性、硬度、疲勞強度、高溫瞬時斷裂強度、高溫持久強度、持久塑性及高溫蠕變強度等。
　　由于鍛件制成零件后，在使用過程中其受力情況、重要程度、工作條件不同，其所用材料和冶金工藝也不同，因此不同的部位依據(jù)上述情況并按照本部門的要求將鍛件分出類別，不同的部門，不同的標(biāo)準(zhǔn)對鍛件的分類也是不同的。但不管怎么，對于鍛件質(zhì)量檢驗的整體來說都離不開兩大類檢驗，即外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的檢驗，只不過鍛件的類別不同，其具體的檢驗項目、檢驗數(shù)量和檢驗要求不同罷了。例如，有的工業(yè)部門將結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼鍛件分成Ⅳ類進行檢驗，有的部門將鋁合金鍛件與模鍛件按其使用情況分成Ⅲ類進行檢驗，還有的部門將鋁合金、銅合金鍛件分成Ⅳ類進行檢驗。
　　（二）鍛件質(zhì)量檢驗的方法
　　當(dāng)今時代，人們對產(chǎn)品的使用要求更高了，相應(yīng)對制造產(chǎn)品的鍛件也提出了更高的要求。而鍛件質(zhì)量問題的表現(xiàn)形式又多而雜，某些類型的鍛件缺陷又將嚴(yán)重地降低鍛件的性能，威脅使用的安全性、可靠性，縮短了使用壽命，這類缺陷的存在其后果是嚴(yán)重的。因此對鍛件質(zhì)量的檢驗也提出了更高的要求，即絕不能將帶有缺陷的鍛件放過去，特別是不能放過那些嚴(yán)重影響使用性能的帶有缺陷的鍛件。要做到這一點，就要在進行鍛件質(zhì)量的檢驗和 控制時，除充分地沿用常規(guī)的檢測方法及手段外，也要采用反映當(dāng)代水平的更快速更準(zhǔn)確的檢測手段和方法，使之對鍛件質(zhì)量的評估、鍛件缺陷性質(zhì)的判斷、產(chǎn)生原因的判斷及形成機理的分析更準(zhǔn)確，更符合實際，從而保證不放過缺陷鍛件，并能采取得當(dāng)?shù)慕鉀Q措施來改進和提高鍛件質(zhì)量。
　　如前所述，鍛件質(zhì)量的檢驗分為外觀質(zhì)量的檢驗和內(nèi)部質(zhì)量的檢驗。外觀質(zhì)量的檢驗一般來講是屬于非破壞性的檢驗，通常用肉眼或低倍放大鏡進行檢查，必要時也采用無損探傷的方法。而內(nèi)部質(zhì)量的檢驗，由于其檢查內(nèi)容的要求，有些必須采用破壞性檢驗，也就是通常所講的解剖試驗，如低倍檢驗、斷口檢驗、高倍組織檢驗、化學(xué)成分分析和力學(xué)性能測試等，有些則也可以采用無損檢測的方法，而為了更準(zhǔn)確地評價鍛件質(zhì)量，應(yīng)將破壞性試驗方法與無損檢測方法互相結(jié)合起來進行使用。而為了從深層次上分析鍛件質(zhì)量問題，進行機理性的研究工作還要籍助于透射型或掃描型的電子顯微鏡、電子探針等。
　　通常鍛件內(nèi)部質(zhì)量的檢驗方法可歸結(jié)為：宏觀組織檢驗法、微觀組織檢驗法、力學(xué)性能檢驗、化學(xué)成分分析法及無損檢測法。
　　宏觀組織檢驗就是采用目視或者低倍放大鏡（一般倍數(shù)在 30×以下）來觀察分析鍛的低倍組織特征的一種檢驗。對于鍛件的宏觀組織檢驗常用的方法有低倍腐蝕法（包括熱蝕法、冷蝕法及電解腐蝕法）、斷口試驗法和硫印法。
　　低倍腐蝕法用以檢查結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、銅合金、鈦合金等材料鍛件的裂紋、折疊、縮孔、氣孔偏析、白點、疏松、非金屬夾雜、偏析集聚、流線的分布形式、晶粒大小及分布等。只不過對于不同的材料顯現(xiàn)低倍組織時采用的浸蝕劑和浸蝕的規(guī)范不同。
　　斷口試驗法用以檢查結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼（奧氏體型除外）的白點、層狀、內(nèi)裂等缺陷、檢查彈簧鋼鍛件的石墨碳及上述各鋼種的過熱、過燒等，對于鋁、鎂、銅等合金用來檢查其晶粒是否細致均勻，是否有氧化膜、氧化物夾雜等缺陷。
　　而硫印法主要應(yīng)用于某些結(jié)構(gòu)鋼的大型鍛件，用以檢查其硫的分布是否均勻及硫含量的多少。
　　除結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼鍛件用于低倍檢查的試片不進行最終熱處理外，其余材料的鍛件一般都經(jīng)過最終熱處理后才進行低倍檢驗。
　　斷口試樣一般都進行規(guī)定的熱處理。
　　微觀組織檢驗法則是利用光學(xué)顯微鏡來檢查各種材料牌號鍛件的顯微組織。檢查的項目一般有本質(zhì)晶粒度，或者是在規(guī)定溫度下的晶粒度，即實際晶粒度，非金屬夾雜物，顯微組織如脫碳層、共晶碳化物不均勻度，過熱、過燒組織及其它要求的顯微組織等。
　　力學(xué)性能和工藝性能的檢驗則是對已經(jīng)過規(guī)定的最終熱處理的鍛件和試片加工成規(guī)定試樣后利用拉力試驗機、沖擊試驗機、持久試驗機、疲勞試驗機、硬度計等儀器來進行力學(xué)性能及工藝性能數(shù)值的測定。
　　化學(xué)成分的測試一般是采用化學(xué)分析法或光譜分析法對鍛件的成分進行分析測試，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無論是化學(xué)分析還是光譜分析其分析的手段都有了進步。對于光譜分析法而言，現(xiàn)在已不單純采用看譜法和攝譜法來進行成分分析，新出現(xiàn)的光電光譜儀不僅分析速度快，而且準(zhǔn)確性也大大地提高了，而等離子光電光譜儀的出現(xiàn)更大大地提高了分析精度，其分析精度可達 10－6級，這對于分析高溫合金鍛件中的微量有害雜質(zhì)如 Pb、As、Sn、Sb、Bi等是非常行之有效的方法。
　　以上所說的方法，無論是宏觀組織檢驗法，還是微觀組織檢驗法或性能及成分測定法，均屬于破壞性的試驗方法，對于某些重要的、大型的鍛件破壞性的方法已不能完全適應(yīng)質(zhì)量檢驗的要求，這一方面是因為太不經(jīng)濟，另一方面主要是為了避免破壞性檢查的片面性。無損檢測技術(shù)的發(fā)展為鍛件質(zhì)量檢驗提供了更先進更完善的手段。
　　對于鍛件的質(zhì)量檢驗所采用的無損檢測方法一般有：磁粉檢驗法、滲透檢驗法、渦流檢驗法、超聲波檢驗法等。
　　磁粉檢驗法廣泛地用于檢查鐵磁性金屬或合金鍛件的表面或近表面的缺陷，如裂紋、發(fā)紋、白點、非金屬夾雜、分層、折疊、碳化物或鐵素體帶等。
　　該方法僅適用于鐵磁性材料鍛件的檢驗，對于奧氏體鋼制成的鍛件不適于采用該方法。
　　滲透檢驗法除能檢查磁性材料鍛件外，還能檢查非鐵磁性材料鍛件的表面缺陷，如裂 紋、疏松、折疊等，一般只用于檢查非鐵磁性材料鍛件的表面缺陷，不能發(fā)現(xiàn)隱在表面以下的缺陷。
　　渦流檢驗法用以檢查導(dǎo)電材料的表面或近表面的缺陷。
　　超聲波檢驗法用以檢查鍛件內(nèi)部缺陷如縮孔、白點、心部裂紋、夾渣等，該方法雖然操作方便、快且經(jīng)濟，但對缺陷的性質(zhì)難以準(zhǔn)確地進行判定。
　　隨著無損檢測技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又出現(xiàn)了諸如聲振法，聲發(fā)射法、激光全息照相法、 CT法等新的無損檢測方法，這些新方法的出現(xiàn)及在鍛件檢驗中的應(yīng)用，必將使鍛件質(zhì)量檢驗的水平得以大大地提高。
　　值得提出的是鍛件質(zhì)量檢驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，雖然有賴于正確的試驗方法和測試技術(shù)，但也有賴于正確的分析和判斷。只有正確的試驗方法，而沒有準(zhǔn)確的分析判斷，也不會得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。因此，鍛件質(zhì)量的分析實際上是各種測試方法的綜合應(yīng)用及各個測試結(jié)果的綜合分析，對于大型復(fù)雜的鍛件所出現(xiàn)問題不能單純地依賴于某一種方法，從這一點上可以說各種試驗方法在分析過程中是相輔相成的，各種試驗方法的有機配合，并對各自試驗結(jié)果進行綜合分析，才能得出正確的結(jié)論。同時就鍛件質(zhì)量分析的目的而言，除了正確的檢驗外，還應(yīng)進行必要的工藝試驗從而找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的真正原因并提出圓滿的改進措施及防止對策。
　　當(dāng)然，在實際工作中究竟選用那些檢測方法，運用何種檢測手段應(yīng)根據(jù)鍛件的類別和規(guī)定的檢測項目來進行。在選擇試驗方法和測試手段時，既要考慮到先進性，又要考慮到實用性、經(jīng)濟性，不能單純地追求先進性，能用一種手段解決問題就不要用二種或更多種，測試手段的選擇應(yīng)準(zhǔn)確地判定缺陷的性質(zhì)和確切找出缺陷產(chǎn)生的原因為出發(fā)點，有時測試手段選擇得過于先進反而會導(dǎo)致不必要的后果以致造成不應(yīng)有的損失。
　　國產(chǎn)核電大鍛件研制在滬獲新突破
　　日前，上海電氣上海重型機器廠有限公司研制的新一代核電大鍛件項目正式通過國家級專家組鑒定。該廠研制的高溫氣冷核電堆核電鍛件實現(xiàn)世界首臺突破，AP1000核電大鍛件在國內(nèi)率先成套。專家組認(rèn)為，該項目各項研究成果和性能指標(biāo)都達到國際先進水平，有力提升了我國制造業(yè)的技術(shù)水平。
　　長期以來，國產(chǎn)核電大型鍛件制造瓶頸一直制約我國核電事業(yè)的發(fā)展。由于國內(nèi)工藝、材料研究的相對落后，以及研制費用高、周期長和制造難度大等原因，再加上國外對大型鑄鍛件的材料研制和工藝技術(shù)均采取嚴(yán)密的封鎖，國內(nèi)形成了大型鑄鍛件“奇貨可居、有錢難買”的局面。
　　為攻克核電大鍛件國產(chǎn)化制造技術(shù)難關(guān)，上海重型機器廠有限公司聯(lián)合上海交通大學(xué)成立課題攻關(guān)組，全面開展核電大鍛件技術(shù)研發(fā)工作。在大型鑄鍛件涉及的材料、工藝、檢測等方面進行合作研究，合作雙方聯(lián)合成立“大型鑄鍛件工程技術(shù)中心”、“潘健生院士工作站”，針對重點、難點技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)。成立冶煉、鑄造、鍛造、熱處理、焊接和計算機模擬與仿真等專業(yè)項目組，按具體研究的課題內(nèi)容再分成若干小組，協(xié)同攻克難關(guān)。將“產(chǎn)學(xué)研”落在研制的每個環(huán)節(jié)。
　　AP1000壓力容器一體化頂蓋為非堆芯區(qū)形狀最復(fù)雜，制造難度最大的鍛件，該鍛件由過去球形頂蓋和法蘭兩部分單獨制造改為一體化整體制造，顯著增加了冶煉、鍛造及熱處理的制造難度。該鍛件采用380噸鋼錠，由于為實心鍛件，對鋼水的純凈度和鋼錠的凝固質(zhì)量提出了更高的要求。上重廠通過精確控制，完成了該大型鋼錠的制造，產(chǎn)品取樣部位成分均勻，有害元素含量遠低于標(biāo)準(zhǔn)要求，為鍛件的最終性能提供了保證。
　　據(jù)了解，上海電氣核電大鍛件項目累計投入已超過20億元，其中科研投入高達7億多元。上重廠僅用了兩年就把最大鋼錠重量從原來的130噸提高到460噸，且200～300噸等級鋼錠已實現(xiàn)批量投產(chǎn)，核電堆內(nèi)構(gòu)件的鍛件已形成批量出產(chǎn)的能力。目前AP1000大鍛件首臺突破，標(biāo)志著我國引進第三代核電設(shè)計技術(shù)后，上海在國內(nèi)率先形成核心裝備成套生產(chǎn)能力；而高溫氣冷核電堆核電鍛件的世界首臺突破，將為我國自主設(shè)計、具有第四代特征的核電裝備提供配套。