锻造比对锻件力学性能及组织的影响

锻造比对锻件力学性能及组织的影响
生产上一般用锻造比(通常用K表示)表示锻造时金属的变形程度，锻造
比的大小直接影响材料锻造后的组织及力学性能。锻造比的选取不仅要考虑材料
的成分、锻件的受力情况、零件的结构特点和钢锭的截面尺寸等因素，还与锻件
的成形过程、变形方式、冶炼方法等密切相关。因此锻造时选取正确的锻造比具
有十分重要的意义。

锻造比对锻件力学性能及组织的影响
1．3．1锻造比的计算
锻造比的具体数值一般用于衡量铸锭开坯的变形量对组织性能的影响程度，
钢锭开坯一般以拔长工序为主，生产上普遍采用公式(1．1)计算锻造比【22】： K=丢=㈡2 彳。 L见／ 式中：K为锻造比；Ao为钢锭原始平均截面面积；An为变形后坯料的截面面积；
Do为钢锭原始平均直径；／9,为变形后坯料的平均直径。
对于多工序变形，其总锻造比的计算主要有如下三种方法123,241：
*种，总锻造比等于各工序的分锻造比之和： 忙鲁+争一+等却n一+匕 ㈨2，
第二种，总锻造比等于各工序的分锻造比之积： 祭鲁×争“等都M“K 仆3，
第三种，有镦粗工序时：
K：』 (1．4) 4
式中：A为坯料镦粗后的截面面积；彳。为锻件的截面面积。

上述计算方法得到的锻造比只是锻件平均变形量的大小。由于锻件内变形不
均匀性，锻件横截面上各点实际锻造比与平均变形量有很大的差别，且锻造比的
不均匀分布可能导致锻件组织和力学性能的不均匀。因此，研究锻件的锻造比分
布及其对力学‘-1+．tt-各日匕e,影响规律具有重要意义。
1．3．2锻造比对锻件组织性能的影响
国内学者针对材料的*锻造比做了大量的研究。陈长民等【251通过实验研
究了锻造比对几种结构钢的金相组织和力学性能的影响，将各种轴类的zui小锻造
比由一般*的3．0或2．5降低为2．0。田党、李顺来等【261通过实验研究了锻造
比对GH2132合金高低倍组织和室温拉伸、冲击、高温拉伸、持久性能的影响，
分析给出GH2132合金拔长锻造比应选择3．0~4．0。吕环【27】研究了锻造比对D60
钢内部裂纹的影响，确定锻造比对改善锻件内部性能具有明显作用。于晓光1281
研究了高锰钢铸件锻造工艺，确定高锰钢铸件较合适的锻造比为3．0～4．0。陈世
莹等【29】研究了锻造比及热处理工艺对30CrNi4MoA钢力学性能的影响，确定了
30CrNi4MoA钢的*热处理工艺和锻造比。方增松等130J研究了锻造比对模具钢
(H13钢)性能的影响，确定模具钢(H13钢)*锻造比为6．0。王允禧等【23】
研究了不同锻造比对45#碳素结构钢钢锭的原始组织和力学性能影响，明确
45#钢钢锭的*锻造比为1．5--一3．0，但是锻造比对改善45#钢钢锭的强度指标作
用不显著。
国外学者围绕锻造比对组织性能的影响也进行了试验和研究。Yuki K Y等【3l】
研究了锻造比对纯钛力学性能的影响，Makino T等【32J研究了锻造比对具有高疲
劳周期性质的钢筋力学性能影响。
锻造比对铸锭组织性能影响的研究表明，经过塑性变形，铸锭的组织和力学
性能发生很大变化，不同材料的铸锭变化规律基本一致，同时指出铸锭的锻造并
不是锻造比越大越好，每种材料*锻造比都有一定的范围。以碳素结构钢为例，
碳素结构钢钢锭采用不同锻造比进行拔长变形后，随着锻造比的增加力学性能的
变化规律为：强度指标O'b几乎没有什么变化，而塑性指标巧、】；f，和冲击韧性at
变化很大。其性能变化与组织变化相对应，主要分为三个阶段来分析【2l】：
第1阶段，锻造比K=0-、一2．0左右，在这个阶段中钢锭发生下述变化：
*苹绪论
1)高温时，钢锭内部的气泡、疏松、微裂纹等在压应力作用下部分焊合，
材料致密性有所提高。
2)粗大树枝状结晶和柱状晶组织被破碎，并再结晶成细小的晶粒，提高了
钢材的塑性和冲击韧性。
3)晶界处集聚的碳化物和非金属夹杂物的形态开始发生改变，碳化物得以
分散，非金属夹杂物有的被打碎(如脆性的氧化物)，有的随铸锭一起变形(如
塑性的碳化物)。
第1I阶段，锻造比K=2．0～5．0，该阶段材料内部组织性能发生如下变化：
锻造比继续增加时，晶界处的碳化物杂质和金属流动逐渐形成纤维组织，使
锻件的性能呈现方向性，锻件的纵向塑性指标随锻造比的增加略有提高，而横向
塑性指标却显著降低。
第1II阶段，锻造比K>5．0，该阶段材料内部组织性能发生如下变化：
在这一阶段中，随着锻造比的进一步增大，锻件中形成了一致的纤维组织，
此时纵向强度与塑性指标均不再提高；横向性能(主要是塑性指标)却继续明显
下降。
对于不同材料、不同断面形状和尺寸的锭料，因其铸造冶炼质量不一、合金
元素不同及铸锭的变形方式不同，上述各阶段锻造比的范围也不相同。例如：
40CrNiMoA钢，第1阶段的锻造比值大致在4．0左右，第1I阶段的锻造比大致
在4．0～8．0之间，第1II阶段的锻造比值大于8．0E2¨。

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