材料加工與製造
鍛造(forging)
鍛造是鐵匠的技藝:你在金屬仍是固態時,用捶打或擠壓來塑形,就像用拳頭把一團黏土推入模子。沒有東西熔化,金屬在敲擊下塑性流動,攤開並填滿你要的形狀。由於金屬從未液化,鍛件避開了鑄件的孔隙與粗大鑄晶,這正是那些絕不能失效的零件,如曲軸、連桿、手工具頭部,通常都用鍛造的原因。
施力可來自鎚(衝擊)或壓機(緩慢擠壓),模具可為開放式(簡單平面工具)或閉合式(金屬被迫填滿的成形模穴)。金屬內部發生兩件事:第一,變形打碎並細化晶粒,得到細緻而強韌的組織;第二,任何夾雜物與晶粒組織被拉伸與彎折,順著零件輪廓走,形成像雕刻木椅腳中木紋般環繞轉角的晶流(grain flow),使裂縫找不到可延伸的直線通路。
好處是強度與可靠度:同一合金下,鍛件通常比鑄件更強更韌,且沒有內部空孔。誠實的告誡是,順向的晶流使鍛件具有異向性,也就是沿晶流最強、橫向較弱,因此鍛件必須擺放成讓晶流線順著主要受力方向。鍛造也需要昂貴的模具與很大的力,因此和壓鑄一樣偏好較大的量產。
汽車曲軸以閉模鍛造由熱鋼胚製成:反覆的壓製把它擠成模具形狀,同時使晶流順著軸頸與曲柄臂彎折,讓疲勞裂縫無法沿高應力轉角直線貫穿。
鍛造順向的晶流是設計好的強度來源:擺放零件時,要讓晶流線順著受力方向。
鍛件強但具異向性:沿晶流最韌、橫向較弱,所以受力方向錯誤的鍛件可能不比鑄件好。
又稱
另見