鍛后冷卻對(duì)鍛件的影響
鍛件從終鍛溫度冷卻到室溫的過(guò)程稱為鍛后冷卻。鍛后冷卻方法選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致鍛件裂紋、變形，甚至出現(xiàn)異常組織等缺陷。因此，鍛后冷卻是鍛壓工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
金屬加熱到高溫并經(jīng)不均勻的塑性變形后冷卻下來(lái)，必然會(huì)引起組織和性能的變化，這些變化主要如下。
(1)鍛件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 鍛件的冷卻和加熱都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力比加熱產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要危險(xiǎn)得多。它是由冷卻溫度 應(yīng)力、組織應(yīng)力和變形殘余應(yīng)力三者疊加而成的。
①冷卻溫度應(yīng)力 它是由于鍛件冷卻時(shí)內(nèi)外溫差引起的。在鍛件冷卻的初期，表層冷卻快，體積收縮大，芯部冷卻慢，體積收縮小，表層的收縮受到芯部的阻礙，鍛件內(nèi)部便產(chǎn)生溫度應(yīng)力。這時(shí)，表層為拉應(yīng)力，芯部為壓應(yīng)力。隨著鍛件的繼續(xù)冷卻，這種應(yīng)力狀態(tài)會(huì)因鍛件材料的不同而有所變化；對(duì)于變形抗力小、易變形的材料，到冷卻后期，表層溫度很低，體積收縮停止，而芯部的體積收縮卻受表層的制約，結(jié)果使芯部變?yōu)槔瓚?yīng)力，而表層變?yōu)閴簯?yīng)力；對(duì)于變形抗力大、難變形的材料，由于冷卻初期表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力得不到松弛，到冷卻后期應(yīng)力狀態(tài)沒有變化。
②組織應(yīng)力 對(duì)于有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬，冷卻時(shí)會(huì)有相變發(fā)生，相變前后組織的比容發(fā)生變化，而鍛件表里相變時(shí)間不同，因而引起組織應(yīng)力。比如金屬在冷卻過(guò)程中有馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，表層先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，由于馬氏體的比容大于奧氏體的比容（馬氏體的比容為0.127?0.131cm3/g，奧氏體的比容為0.120?0.125cm3/g), 這時(shí)引起的組織應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力，芯部為拉應(yīng)力。隨著鍛件繼續(xù)冷卻，芯部也發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力就變?yōu)樾静渴菈簯?yīng)力，而表層為拉應(yīng)力。
③變形殘余應(yīng)力 它是由鍛件在鍛壓成形過(guò)程中的變形不均勻和加工硬化引起的。如果不能及時(shí)得到再結(jié)晶軟化將其消除，鍛后便成為殘余應(yīng)力而保留下來(lái)。殘余應(yīng)力在鍛件內(nèi)部的分布隨變形不均勻的情況而不同，可能是表層為拉應(yīng)力而芯部為壓應(yīng)力，或者與此相反。
上述三種應(yīng)力疊加的結(jié)果便形成鍛件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力。如果內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致鍛件產(chǎn)生裂紋；如果內(nèi)應(yīng)力沒有造成裂紋，則在鍛件冷卻后也會(huì)保留下來(lái)成為鍛件的殘余應(yīng)力。所以鍛件鍛后應(yīng)盡快進(jìn)行退火熱處理，以清除應(yīng)力并避免出現(xiàn)裂紋。
(2)鍛件冷卻變形 鍛件冷卻時(shí)，若相對(duì)的兩面冷卻速度不一致（如一面受冷風(fēng)吹，或接觸潮濕的地面），會(huì)因溫度差和組織轉(zhuǎn)變先后的不同而導(dǎo)致鍛件發(fā)生翹曲變形。
(3)鍛件產(chǎn)生異常組織 用鋼錠鍛制的鍛件，冷卻不當(dāng)會(huì)在鍛件內(nèi)部產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)的產(chǎn)生不僅與冷卻有關(guān)，還與鋼的化學(xué)成分、組織、夾雜、偏析、應(yīng)力和含氫量等有關(guān)，主要是由于鋼中氫和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果產(chǎn)生的。白點(diǎn)是熱軋鋼坯和大型鍛件中比較常見的缺陷，多見于馬氏體和半馬氏體鋼。
奧氏體不銹鋼（lCrl8Ni9、lCrl8Ni9Ti等）若在800?550℃范圍內(nèi)緩冷，會(huì)有大量含鉻的碳化物沿晶界析出，使晶界產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象，降低鋼的抗晶間腐蝕能力。
鍛件的冷卻方法
按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有三種：在空氣中冷 卻，冷卻速度較快；在灰砂中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內(nèi)冷卻， 冷卻速度最慢。
(1)在空氣中冷卻 鍛件鍛后單件或成堆直接放在車間地面上 冷卻，但不能放在潮濕地面上或金屬板上，也不要放在有穿堂風(fēng)的 地方，以免冷卻不均或局部急冷引起裂紋。
(2)在干燥的灰、砂坑（箱）內(nèi)冷卻 一般鋼件人砂溫度不應(yīng) 低于5001,周圍灰、砂厚度不少于80 mm,
(3)在爐內(nèi)冷卻 鍛件鍛后直接放人爐內(nèi)冷卻，鋼件人爐溫度 不應(yīng)低于600?650X；，爐溫與人爐鍛件溫度相當(dāng)。由于可通過(guò)爐 溫調(diào)節(jié)來(lái)控制鍛件的冷卻速度，因此，適用于高合金鋼、特殊合金 鋼鍛件及大型鍛件的鍛后冷卻。
鍛造車間常用的鍛件冷卻方法，按照冷卻速度的快慢順序，有水冷、散放空冷、成堆空冷、坑（箱）冷、灰（砂）冷、爐冷和擴(kuò)氫處理七種。
①水冷 把鍛件放在冷水中冷卻。
②散放空冷 鍛件按一定間隔放在工作地面上，在室溫空氣中冷卻。但需注意不能放在潮濕的地上，也不能放在有過(guò)堂風(fēng)的地方，以防鍛件局部冷卻過(guò)快引起變形等缺陷。
③成堆空冷 鍛件成堆放在墊有鐵板的地上或空鐵箱內(nèi)冷卻。
④坑（箱）冷 鍛件放在地坑或保溫箱中冷卻。
⑤灰（砂）冷 鍛件放在石灰、爐渣或砂中冷卻。所用的石灰、爐揸或砂必須干燥。一般鋼鍛件入灰的溫度不應(yīng)低于500?700℃，周圍蓋灰的厚度不能小于80mm。出灰溫度不應(yīng)高于150℃。
⑥爐冷 鍛件停鍛后直接人爐，在爐中隨爐緩慢冷卻。鋼鍛 件人爐溫度一般不低于500?700℃。爐子應(yīng)事先升到與鍛件終鍛同樣的溫度保溫，待全部鍛件裝人爐后，再按具體要求控制冷卻速度。鍛件出爐溫度一般不得高于100?150℃。
⑦擴(kuò)氫處理 對(duì)于白點(diǎn)敏感的大型鋼鍛件，鍛后應(yīng)直接進(jìn)行擴(kuò)氫處理，其具體要求見熱處理部分。
鍛件冷卻方法的選擇取決于鍛件材料、尺寸、生產(chǎn)量和車間的具體條件。
鍛件的冷卻規(guī)范
制訂鍛件冷卻規(guī)范的關(guān)鍵是冷卻速度。應(yīng)根據(jù)鍛件材料的化學(xué)成分、組織特點(diǎn)、鍛件的斷面尺寸和鍛造變形情況等因素來(lái)確定合適的冷卻速度。一般來(lái)說(shuō)，合金化程度較低、斷面尺寸較小、形狀比較簡(jiǎn)單的鍛件，則允許的冷卻速度快，鍛后可以在空氣中冷卻；反之則須緩慢冷卻（灰冷或爐冷）或分階段冷卻。
對(duì)于含碳量較高的鋼（如碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼），為避免鍛后最初冷卻階段沿晶界析出網(wǎng)狀碳化物，這時(shí)應(yīng)先空冷或鼓風(fēng)、噴霧快速冷卻至7001，然后再把鍛件放入灰、砂中或爐內(nèi)緩慢冷卻。
對(duì)于沒有相變的鋼（如奧氏體鋼、鐵素體鋼等），在800? 550℃溫度區(qū)間應(yīng)快速冷卻，以避免網(wǎng)狀碳化物析出。鐵素體類鋼在475℃具有回火脆性，也要求快速冷卻。通常這兩類鋼均采用空冷。
對(duì)于在空冷中容易產(chǎn)生馬氏體相變的鋼（如高速鋼W18Cr4V，W9Cr4V;不銹鋼 lCrl3，2Crl3，4Crl3, Crl8, Crl7Ni2, 13Crl2WMoVA; 高合金工具鋼3Cr2W8V，CrMn, Crl2等），為了避免產(chǎn)生裂紋，鍛后必須緩慢冷卻。
對(duì)白點(diǎn)敏感的鋼（如鉻鎳鋼34CrNiMo?34CrNi4Mo等），為了防止冷卻過(guò)程中產(chǎn)生白點(diǎn)，應(yīng)按一定冷卻規(guī)范進(jìn)行爐冷?
對(duì)于高溫合金，由于其再結(jié)晶速度緩慢，只有在更高的溫度和適當(dāng)?shù)淖冃纬潭认拢俳Y(jié)晶才能與變形同時(shí)完成；因此，常利用鍛后余熱使之緩慢冷卻。對(duì)于一些中小型鍛件。常采用堆放空冷方法；鎳基高溫合金，再結(jié)晶溫度更高，再結(jié)晶速度更慢，為了得到具有完全再結(jié)晶組織的鍛件，可將鍛后鍛件及時(shí)放人高于合金再結(jié)晶溫度[T再+(50?100)℃]的爐中保溫5?7min，然后取出空冷。
對(duì)于鋁合金，其導(dǎo)熱性較好，鍛后通常在空氣中冷卻，有時(shí)直接用水冷卻。
在鍛造過(guò)程中，如因故停工需中間冷卻時(shí)，也按鍛件最終冷卻規(guī)范處理。
