鍛造比對金屬組織的影響
鋼錠鍛造達到一定的鍛造比值時，鑄態(tài)組織的樹枝狀晶粒便被擊碎，并沿主變形方向變形伸長。同時，聚集在晶界的碳化物、非金屬夾雜物和其它過剩相的形態(tài)也發(fā)生改變。其中碳化物、脆性硅酸鹽及氧化物等塑性較差，壓力加工后不變形或略有變形，易破碎，常沿鍛坯延伸方向呈不規(guī)則的點狀或細小塊狀聚集，呈帶狀或鏈狀分布；塑性硅酸鹽和硫化物有較好的塑性，隨晶粒一同變形，沿主變形方向被拉長，呈條帶狀或紡錘狀。多數(shù)晶界過剩相的這種分布，在晶粒再結(jié)晶后也不會改變，使金屬組織具有一定方向性，通常稱為“纖維組織”，其宏觀痕跡即“流線”。當(dāng)鋼錠只進行拔長變形時，鍛造比達到2-3時便會出現(xiàn)纖維組織；如果首先進行鐓粗然后進行拔長，鍛造比要達到4-5時才能形成纖維組織，并且鍛造比越大，纖維方向則越明顯。鍛合鋼錠內(nèi)部孔隙缺陷的基本條件是：孔隙表面未被氧化，孔隙中不存在非金屬夾雜(渣)，高溫鍛造變形時孔隙部位處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，且要求達到足夠的鍛造比。鍛造比對金屬組織的影響，可通過測量金屬的密度、低倍檢驗和超聲波探測以評價鍛造壓實效果；可通過高倍金相檢驗以評價晶粒粗細、晶間過剩相的破碎和分布。采用40Cr鋼錠經(jīng)拔長變形，分別按照不同鍛造比值要求達到不同規(guī)格截面尺寸的試件，分別測量各個試件心部試料的密度。試驗結(jié)果表明：當(dāng)鍛造比值為2時，試料密度已接近最大值。當(dāng)鍛造比值大于2.5后，試料的密度基本不再增大。大量鍛坯和軸類鍛件橫向低倍試片的檢驗結(jié)果表明：拔長鍛造比達到2.0以上時，在鍛坯截面尺寸和鍛壓設(shè)備、鍛造工藝合理配合時，一般疏松、中心疏松均可達到0.5-1.0級以下，成為致密的“鍛態(tài)”組織。樹枝狀晶的完全破碎特別是大截面合金鋼鍛件則需更大甚至達到5.0以上鍛造比，此時仍有大量的枝晶存在。
鍛造比對晶粒度的影響
如果鍛造比值合理，鋼錠經(jīng)過高溫鍛造，破碎了粗大的初生樹枝狀晶體；由于鋼的高溫鍛造是在再結(jié)晶溫度以上進行的，在此期間，發(fā)生動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶，產(chǎn)生新的較細小的晶粒。鍛件的晶粒大小和均勻性取決于變形溫度、變形程度和變形的均勻性。在一定鍛造溫度下，存在著一個臨界變形程度范圍。鍛造時若實際發(fā)生的鍛造比值所表示的變形程度處于該臨界變形程度范圍內(nèi)，則鍛件再結(jié)晶后的晶粒比較粗大。因此，只要變形均勻，終鍛溫度合適，特別是鍛坯在最后一火時實際達到的鍛造比值合理，使其變形程度不在臨界變形程度范圍內(nèi)，鍛件便能獲得均勻細小的晶粒組織。如果把粗晶細化問題留給熱處理工序解決，不但耗費工時，增加成本，而且對于某些從高溫冷卻至室溫時不發(fā)生相變的鋼種，如奧氏體型、鐵素體型不銹鋼和耐熱鋼鍛件，因不能通過熱處理方法細化和均勻晶粒而無法實現(xiàn)，所以只能依靠合理的鍛造變形工藝來達到細化和均勻晶粒的目的。在850-1200℃的鍛造溫度范圍內(nèi)，鋼變形程度必須大于20%，才能使鍛件再結(jié)晶后獲得較細小的晶粒。鋼在高溫變形時，變形速度慢的其臨界變形程度范圍要大于變形速度快的鋼。
鍛造比對力學(xué)性能的影響
金屬的力學(xué)性能決定于它的組織狀態(tài)。鋼錠經(jīng)過適當(dāng)鍛造比值的鍛造變形可獲得致密的鍛造組織，晶粒細化，縱向和橫向力學(xué)性能均有顯著提高。生產(chǎn)實踐檢驗結(jié)果表明：鋼錠經(jīng)拔長變形，鍛造比為2-3時，強度指標(biāo)已接近最大值，縱向(流線方向)的塑陛指標(biāo)、韌生指標(biāo)達到最大值；鍛造比繼續(xù)增大時，強度指標(biāo)變化不大，且方向性不明顯，塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)方向性明顯，橫向(切向、徑向)的塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)開始下降。冶金純凈度較差的鋼異向性系數(shù)下降較劇烈。此外，適當(dāng)增大鍛造比，也是提高鍛件疲勞極限重要途徑之一。承受重復(fù)或交變載荷的零件，如果突然發(fā)生疲勞損壞，后果極為嚴(yán)重。發(fā)生疲勞破壞的疲勞源多在零件的應(yīng)力集中處及零件內(nèi)部缺陷處。鋼錠通過鍛造，提高了鋼料的致密陛和均勻性，宏觀及微觀缺陷得到改善和消除，減少了應(yīng)力集中，從而使鍛件的抗疲勞生能提高。隨著鍛造比增大，鍛件疲勞極限得到提高，當(dāng)鍛造比達到一定數(shù)值后，疲勞極限保持同一水平，不再提高。
