锻造特点和分类

锻造是一种利用锻压机对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性、一定形状和尺寸锻件的加工方法，它是制备高性能、高品质结构构件的主要工艺。由于铝合金具有诸多优点，在航空航天器、汽车摩托车、高铁和磁悬浮车辆、船舶舰艇、国防军工器械、通讯器材等领域获得了广泛的应用，同时由于节能减排的需要，其应用越来越广。但是在铸件和压铸件、平轧产品、挤压和拉拔产品、锻件这四大类产品中，锻件的消费量最小，可以说微不足道。在有些国家和地区，把冲挤也归为锻造。

特点：

锻造有四大特点：

一是使坯料在锻造过程中发生明显的塑性变形，能消除金属的铸态疏松、焊合孔洞，从而提高工件的力学性能；

二是能在保持金属整体性的前提下，依靠塑性变形发生物质转移来实现工件形状和尺寸的变化，不会产生机械切屑，材料利用率高；

三是除尺寸和形状发生改变外，能使工件的组织和性能都有较大改善和提高；

四是锻件的尺寸精度和表面质量较高。

分类

锻造按成型方式可分为自由锻造和模锻；

按变形温度可将锻造分为冷锻、温锻、热锻、等温锻。

自由锻造和模锻自由锻造。

自由锻造是铸锭开坯及锻制棒材、饼材及环材等的主要工艺之一，可以改善材料的组织结构、提高性能，直接锻成有一定形状的工件；或作为开坯工序，为挤压、轧制提供中间产品。

采用自由锻造的另一类坯料为铸锭或粉末冶金烧结坯料。铸锭往往含有一定量的粗大柱状晶，晶界总聚集着一些有害的夹杂物，这会削弱晶间强度。烧结坯料中存在的疏松、孔隙使材料塑性下降，易断裂。因此必须通过锻造和再结晶来改善材料性能。

自由锻造运用的基本装备是水压锻造机和蒸汽—空气锤。采用快锤水压机和精锻机可以制备组织均匀、尺寸较为精准的锻件。常用的自由锻工艺为镦粗、拔长、冲孔和扩孔。

镦粗是使坯料高度降低而横截面增加的工艺。该工艺将小截面坯料制成大截面的，如饼件、环件，或者是为了提高铸造组织破碎程度，使锻件具有需要的组织性能，提高拔长锻造比。拔长是使坯料横截面减小、长度增加的工艺。坯料截面积和成品截面积之比称为锻比，为了全面破碎坯料的铸造组织，锻比宜＞3。为了加大锻比，可以把拔长工序和镦粗工序合二为一。通常，高塑性合金拔长时可用平砧，对于中低塑性以及对锻件内部组织要求高的合金宜采用型砧。冲孔是在坯料上制出透孔或盲孔的工艺。

常用的工艺有：实心冲头冲孔、空心冲头冲孔和垫环上冲孔。扩孔是减小空心坯料壁厚而同时增加其内外直径的工艺。扩孔方法主要有冲头扩孔和马扛扩孔，冲头扩孔时坯料切向受拉应力，每次扩孔量都不大；马杠扩孔时坯料切向拉应力很小，不会产生裂纹，适于锻造薄壁环形件。

模锻。这是一种批量制备锻件的工艺，使金属材料在一定形状模腔内变形，可以制备形状和尺寸都接近成品件的锻件。和自由锻件相比，模锻件可以节省工件的机械加工量和材料消耗，提高劳动生产率和产品的质量稳定性，同时可以制造形状复杂的锻件。制备组织优秀和力学性能要求高且需要的量较多时，选用模锻才适合与划算。

模锻用的坯料主要是预挤压、轧制或自由锻造的半成品，也可以用粉末冶金毛坯或喷射成型料，所用的装备为：蒸汽—空气锤、高速锤、热模锻压力机、模锻水压机、螺旋压力机和卧式锻压机。模锻的基本形式有两种：有毛边的开式模锻和无毛边的闭式模锻。

开式模锻的模具有上下部分，分别装于上下活动横梁上。

模锻的成形工艺可分为4个阶段：

一是镦粗变形，坯料高度缩减，带有局部压入变形，径向尺寸变大，直到与模腔内壁接触为止；

二是形成毛边，金属流动受到模腔阻碍，有助于流向模腔高度方向，并流向毛边槽；

三是充满型腔，由于毛边的阻碍作用，金属逐渐充满型腔，并流向毛边槽；

四是挤出多余金属，形成锻件。

闭式模锻

在金属开始变形前锻模的模腔就封闭了，坯料在全封闭状态下变形。

闭式模锻时由于应力状态好，材料塑性有所提高；由于没有毛边形成，金属流线沿锻件外形分布而不会被切断，因而锻件的组织性能也有一些提高。多向模锻也属于闭式模锻，是在多向模锻水压机上，采用具有多分模面的组分锻模，制造形状复杂的空心多分支锻件的工艺。

实质上多向模锻是一种以挤压为主、挤压和模锻综合应用的成形工艺，可以制备形状复杂、尺寸精准的模锻件，又适于锻造温度范围不宽的难变形合金的成形，如用以锻造飞机起落架零件、导弹喷管、高压阀体、高压容器、管接头、盘轴组合件等重要结构件。

冷锻、温锻、热锻和等温锻冷锻是在低于金属再结晶开始温度下进行。

在室温下冷锻成形的工件具有的优点是：

形状和尺寸精度高，表面光洁，加工工序少，便于自动化生产。

许多冷锻件可直接用于组装，不需要机械加工。不过大多数变形铝合金的室温塑性并不高，冷锻时易产生裂纹、变形抗力大，需用锻压力大的锻造机。在高于室温而又低于再结晶开始温度下进行的锻造称为温锻。温锻产品的精度较高，表面较光洁，而变形抗力又不大。

热锻是在合金再结晶开始温度约40 ℃或更高些温度下进行的锻造，提高温度可以改善金属的塑性，有利于改善金属的组织和性能，高温还能降低金属变形抗力，可以采用锻压力不那么大的锻压机。但热锻工序较多，工件表面精度较差，表面不那么光洁。等温锻是在整个成形过程中坯料的温度始终保持在恒定的或某一窄的温度范围内进行的锻造，是为了充分利用某些金属在恒定温度下所具有的高塑性，如超塑锻压成形。等温锻需要将坯料和模具温度同时保持恒定，生产成本较高。

汽车锻件又“少”又“小”

所谓汽车上用的铝合金锻造零配件又“少”又“小”是指制造汽车用的铝合金锻件不但数量屈指可数，只不过十余件，而且单件质量小，很轻，几乎很少有超过1 kg 的。乘人车的铝车轮质量约7 kg/只，大巴铝车轮质量约15 kg/只，可是在生产的汽车中，车轮铝化量约75%，同时在所生产的车轮中，98%以上的车轮都是低压铸造的。装有锻造铝合金车轮的汽车只有赛车、大巴、部分军车与某些特种车等，但还不到总数的2%。