第3章　锻造、冲压和拉深设计的工艺性及结构要素

1　锻造

1.1　金属材料的可锻性

金属材料的可锻性是指金属材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。一般随着钢的含碳量和某些降低金属塑性等因素的合金元素的增加而变坏，并与其内部组织和锻压规范有很大关系。

碳钢一般均能锻造。低碳钢可锻性最好，锻后一般不需热处理，中碳钢次之；高碳钢则较差，锻后常需热处理，当含碳量达2.2％时，就很难锻造了。低合金钢的锻造性能，近似于中碳钢。

高合金钢锻造比碳钢困难，对比碳钢，其锻造性能有如下特点：①热导率低，特别是含铬及镍较多的高合金钢的热导率比碳钢要低得多；②锻造温度范围窄，一般碳钢的锻造温度范围为350～400℃，而高合金钢有些只有100～200℃；③变形抗力大，硬化倾向性大，高合金钢在锻造温度下的变形抗力较碳钢甚至普通合金结构钢高好几倍，高温合金可高达5～8倍；④塑性低，某些耐热钢允许的镦粗变形量为60％，而有些高温合金仅允许40％。

铝合金：低碳钢能锻出的各种形状的锻件，都可以用铝合金锻出来，可以自由锻、模锻、顶锻、滚锻和扩孔，但是，一般说来，铝合金锻造时，需用比低碳钢大30％的能量，它在锻造温度下的塑性比钢的低，而且模锻时的流动性比较差，锻造温度范围较窄，一般都在150℃范围内，甚至某些高强度铝合金小于100℃。

锻造铝合金有以下几种：①Al-Mg-Si系合金，如LD2具有高的塑性和耐腐蚀性，易锻造，但强度较低；②Al-Mg-Si-Cu系合金，如LD5、LD6、LD10，由于加入了铜提高了强度，但工艺性有些变差，LD5与LD6合金可以通用，两者的区别在于后者加入了微量的铬与钛，LD10由于含有较多的铜，故强度较高，但热态下塑性不如LD5，故只用作高载荷而形状简单的锻件，又由于它具有晶间腐蚀与应力腐蚀倾向，故不宜作薄壁零件；③Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，如LD7、LD8，这类合金含有较多的铁和镍，故有较高的抗热性，常称为耐热锻铝，用于制造活塞、叶片、导轮及其他高温零件。LD7比LD8有较高的力学性能和冲压工艺性，特别是高温塑性较好。

铜合金的锻造性能一般较好。尤其是锻造黄铜（60Cu-38Zn-2Pb）、锡黄铜（60Cu-39.25Zn-0.75Sn，又称海军黄铜）和锰黄铜（58.5Cu-39Zn-1.4Fe-1Sn-0.1Mn）的锻造性更好。与碳钢相比，铜合金的始锻温度较低，锻造温度范围窄，只有100～200℃，在250～650℃还有脆性区，但需要锻造的能力比普通碳钢低，铜及黄铜在20～200℃的低温和650～900℃的高温下，都有很高的塑性，即在热态和冷态下都可锻造，某些特殊黄铜（如铅黄铜和青铜）塑性很低，很难锻造。含Sn<10％的锡青铜，含P 0.1％～0.4％、含Sn<7％的锡磷青铜和锰青铜都可以进行压力加工，含Al 5％～7％的铝青铜冷热压力加工均可，但当含Al>9％时很脆，只能在热态下挤压加工，含Sn>10％的锡青铜则不能压力加工。铍青铜塑性很差，就是热压力加工也是比较困难的。

钛合金与不锈钢类似，锻造性能不好。它在锻造温度下变形抗力比钢高很多，并随温度的降低而急剧升高，比钢也快得多，变形速度对钛合金的变形抗力的影响也较大，流动性差，模锻时粘模现象比其他金属严重。而且因为钛合金受热后会生成摩擦性氧化皮，对模具磨蚀较大，也增加了钛合金锻造的困难。