产品性能指标以及影响因素

四、产品性能主要指标以及影响产品性能的主要因素
锻件在使用中总是受外力的作用，其性能除了取决于其所规定化学成分、工艺质量要求外，还可借助不同的热处理方法使之具有优良的综合力学性能，以达到提高锻件质量、减轻锻件重量，延长使用寿命和降低成本的目的。

故对锻件施行适当的热处理是提高与改善材料力学性能的重要手段，必须对其进行力学性能测试，而材料的力学性能（经热处理）是判断锻件热处理质量的重要标志。

我厂常用的力学性能检验指标包括硬度（布氏硬度和洛氏硬度）、抗拉强度、屈服点、屈服强度、比例极限、断后伸长率、断面收缩率、冲击功。

1、硬度试验
金属材料的硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，也是表示金属软硬程度的判据。

布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。

洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。

洛氏硬度HRB：Φ1.59mm淬火钢球压头，适用于测量有色金属、铸铁、退火态和正火态钢等。

洛氏硬度与布氏硬度相比压痕小，软硬材料都可以测量，但同样不同标尺之间不可相互比较硬度值的大小。

2、拉伸试验
材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。

在机械制造中常通过拉伸试验测定材料的屈服强度和抗拉强度，作为金属材料强度的主要判据。

（1）屈服点（σs）金属材料出现屈服现象时，在试验期间产生塑性变形而拉伸力不增加的应力点。

亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应
力值。

（2）抗拉强度（σb）拉伸试验时，相应最大拉伸力时的应力。

亦表示材料能够承受的最大应力值。

（3）断后伸长率（δ）断后标距的残余伸长量（L1-L0）与原始标距长度(L0)之比的百分数。

（4）断面收缩率（ψ）试样拉断后横截面积的最大缩减量（S0-S1）与试样原始横截面积（S0）的百分比
（5）屈服强度（σ0.2）试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。

没有明显的屈
服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作
为该材料的屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度。

（6）比例极限（σp）应力——应变曲线上符合性能关系的最高应力，超过σp时即认为开始屈服。

3、冲击试验
冲击韧性是金属在断裂前吸收变形能量的能力，即抵抗冲击破坏的能力。

韧性的主要判据是冲击吸收功。

冲击吸收功越大，材料承受冲击的能力越强。

应用：
（1）评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷（因其对材料中的缺陷比较敏感），与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。

（2）低温冲击试验，测量材料的韧脆转变温度TK。

T 〉TK 为韧性断裂，不希望材料在TK温度以下工作。

冲击吸收功可通过一次摆锤冲击试验来测量。

试样在一次冲击试验力作用下，断裂时所吸收的功称为冲击吸收功，用AKV（或AKU）表示，单位为J。

冲击韧度是指冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功，用aK表示，单位为J/cm2。

五、影响锻件质量的因素
1、原材料对锻件质量的影响，
原材料对锻件组织和性能的影响主要表现如下。

第一，原材料的化学成分都有相应的范围，杂质元素S、P、Cu、Sn、Pb等的含量也有一定的限制。

化学成分超出规定的范围和杂质元素含量过高对锻件的成形和质量都会带来较大的影响。

如S、B、Cu、Sn等元素易在晶界形成低熔点相，使锻件易出现热脆；钢中加铝是为了获得本质细晶粒钢，但含铝量过多，压
力加工时由于形成纤维组织而易造成木纹状断口、撕痕状断口等，降低锻件的力学性能和使用性能；在奥氏体不锈钢中，Ti、Si、Al、Mo的含量越多，则铁素体相越多，锻造时越易形成表面裂纹，并使零件带有磁性等。

第二，原材料中的共晶相对锻件的成形及锻件质量有很大的影响，它使材料在锻前加热时容易过烧和降低材料的塑性指标等。

第三，原材料内部的缩孔、皮下气孔、碳化物偏析、粗大非金属夹杂等缺陷，易使锻件产生裂纹。

原材料内部的树枝晶、严重疏松、非金属夹杂，白点、氧化膜、分层、偏析等易引起锻件质量下降。

第四，原材料表面裂纹、折叠、结疤、粗晶环等易造或锻件表面裂纹。

第五，锻造和模锻用的轧材、挤材及锻坯均具有纤维组织。

其方向性的严重程变，既取决于原材料中S、P及其他杂质的含量、又取决于原材料的锻造比。

确定锻件锻造方案时，应根据零件的受力情况，注意流线的正确分布。

第六，原材料的可锻性及再结晶特点对锻件成形和锻件质量也有很大的影响，可锻性好的材料成形性好。

一般来说，碳钢和合金结构钢的塑性较高，变形抗力较低，可锻性好。

而高合金钢及高温合金的塑性差．变形抗力大，可锻性差。

2、锻造工艺过程对锻件质量的影响
为获得良好组织性能的锻件。

除了需要保证良好的原材料质量外，还需要有合理的锻造工艺过程和热处理工艺。

锻造工艺过程一般由以下工序组成，即下料、加热、成形、锻后冷却、酸洗（腐蚀）和锻后热处理。

成形工序包括自由锻、模锻、切边和校正；自由锻包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲和扭转等。

模锻包括拔长、滚挤、预锻、终锻和顶镦等。

锻造工艺过程对锻件质量的影响。

最终可以归纳为变形温度、变形程度、变形速度、冷却速度和应力状态等热力学因素。

（1）变形温度的影响
锻造加热不仅保证锻造变形时有良好的塑性和低的变形抗力，而且对锻后的组织和性能也有很大影响。

钢锻造时的加热温度一般比零件的最终热处理温度高，形成的晶粒大小及随后的组织转变对锻件的质量会带来一定的影响，而不合适的加热温度总是给锻件造成各种缺陷。

若加热温度过高和加热时间过长．会引起脱碳、过热、过烧。

例如，合金结
构钢产生过热断口，马氏体不锈钢出现δ铁素体奥氏体不锈钢出现铁素体，9Crl8轴承钢沿孪晶界析出碳化物，耐热合金出现晶粒粗大等。

而渗碳钢的锻造过热，则使渗碳后出现粗大针状马氏体和网状碳化物。

这些缺陷都使锻件的力学性能特别是韧性和疲劳性能下降。

若加热温度过低，不仅易引起变形万违。

而且使耐热合金及铝合金淬火加热后易出现粗晶或晶粒粗细不均现象，使亚共析钢形或带状组织，而且在锻造时还会引起各种形式的裂纹。

（2）变形程度和变形方式的影响
钢锭的锻比是影响锻坯力学性能的主要因素，由于形成了纤维组织，横向韧性有一定增加。

有纤维组织的钢材继续变形时，由于纤维分布发生了改变，纵、横向的性能也将随之而改变。

热挤压的铝合金棒材的韧性具有很明显的方向性，纵向韧性最大而横向韧性最小。

如果模锻时产主横向或侧向流动，则横向韧性能得到改善。

采用合适的锻造工艺，可以使金属纤维组织沿零件的最大受力方向分布。

流线均匀而连续地沿锻件的外形分布，能使锻件的力学性能特别是疲劳性能和抗应力腐蚀性能得到提高。

（3）变形速度的影响
一般来说，提高变形速度将使金属的可锻性降低，也就是使其塑性下降，变形抗力增加。

变形速度还影响锻透性，在大变形程度下，变形速度越小，则锻造性越好，越有利于晶粒细化和再结晶的进行，因而也有利于塑性的提高。

（4）加热速度的影响
当加热速度太快和保温时间太短时，往往使温度分布不均匀，引起热应力，断面尺寸大及导热性差的坯料就容易发生开裂。

例如，高合金钢、高合金工具钢、高温合金等锻坯常常因加热不当发生开裂。

坯料温度不均，还会引起变形和组织不均，产生附加应力，造成内部开裂等。

（5）冷却速度的影响
当冷却速度不当时，锻件内部往往产生热应力、组织应力及第二相的析出。

若锻后冷却速度过快，马氏体不锈钢、莱氏体钢（高速钢和铬12型钢）往往由于马氏体组织转变引起组织应力造成锻件表面开裂。

但是，有些材料锻后缓冷，
将有第二相沿晶界析出，引起性能下降。

例如，轴承钢锻后缓冷将沿晶界析出网状碳化物等。

（6）应力状态的影响
应力状态对金属的可锻性和流动性有一定影响。

三向压应力状态可以提高金属的塑性，但使变形抗力增加。

这是由于压应力能阻止晶间联系的破坏，有利于晶内滑移变形的发展，提高了材料塑性变形能力。