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近年来，随着工业全球化的加速发展，对钢质模锻件的质量要求越来越高。国内大部分车桥和整车制造企业均对锻件的金属流线提出了严格要求，在钢质模锻件的出口方面，国际客户把金属流线的检验结果作为PPAP 样件提交的一个重要组成部分。行业内几乎所有的产品标准均提到了锻件的金属流线要求。因此，锻件的金属流线不仅是产品质量检验的重要环节，也是衡量企业锻造研发实力的重要依据。然而，在钢质模锻件的金属流线的取样要求以及评定方面，目前国内外均未出台相关的国际、国家或者行业标准用以参照执行，标准的缺失使钢质模锻件制造企业之间、企业与客户之间没有统一的判定依据，这对产品质量的判定和产品的交付等造成了诸多不便。尤其是在进出口贸易过程中，标准的缺失使金属流线的质量判定成为钳制我国钢质模锻件出口的重要影响因素之一。因此本文论述了钢质模锻件金属流线的取样要求以及评定时的相关细则。
金属流线又称为纤维组织，是铸态金属中的夹杂物和枝晶偏析在锻造、轧制、挤压和拉拔等变形加工过程中伸展形成的。在锻造生产时，金属中的脆性夹杂物被打碎，顺着金属的主要伸长方向呈碎粒状或者链状分布; 而塑性夹杂物则呈现带状分布，这使得锻后的金属组织具有一定的方向性。金属流线的分布可以通过改进锻造工艺进行优化，良好的金属流线可以使锻件的力学性能更好，相反则会严重影响锻件的力学性能。锻造金属流线使金属的力学性能呈现各向异性，平行于金属流线方向的强度、塑性和韧性均高于垂直于金属流线方向的相应性能。因此，在产品生产设计过程中，若能充分利用锻造金属流线的这一特性，使锻件中的金属流线流畅连贯且合理分布并与其受最大拉力载荷方向一致，则会显著提高零件的疲劳寿命。
金属流线常见的缺陷有涡流、穿流、紊流和溢流等，涡流是指金属流线与锻件的外形轮廓不一致，出现旋涡状的闭合回流现象，如图1( a) 所示; 穿流是指金属流线从锻件内部贯穿，出现与锻件两端相交的现象，如图1( b) 所示; 紊流是指金属流线在锻件内部出现漩涡或流向不清晰的杂乱无序现象，如图1( c) 所示; 溢流是指金属流线溢出锻件外表面，出现与锻件表面形成夹角的现象，如图1( d) 所示。由于金属流线的稳定性极高，往往不随回复和再结晶消失，也不受热处理工艺的影响，因此这些缺陷一旦形成就会对机械零件的使用性能和加工工艺产生不可忽视的影响。
由于金属流线的检测与评定是破坏性检测，实验后锻件毛坯完全报废，因此只能通过抽样检测，对比分析来调整模锻工艺，从而实现模锻件内部金属流线的连续流畅和分布合理。钢质模锻件金属流线的检测应选择在新工艺设计验证和每次工艺变更验证时取样检验，取样标准可按照1 件/次进行。金属流线是铸态金属中的脆性组织在锻造变形过程中随晶粒拉长伸展形成的，条状晶粒组织可通过再结晶退火进行消除，但是内部的金属流线依然会存在，只能通过优化模锻工艺来调整金属流线的分布。因此取样时宜选择切边后的锻件毛坯或者直接选择热处理后的锻件进行检验。
随着锻造设备和锻造工艺的不断进步发展，锻件的形状与构造越来越复杂。锻造加热温度、加热方式、锻造温度和热处理等因素均会对锻件的内部组织产生较大影响，锻件芯部到表面组织的不同以及检验面选取的不同也会导致检验结果出现巨大差异，严重影响客户对产品质量的评定验收，因此需要对金属流线检验面的选取做出统一的规定。
取样位置的选择与检验面有着直接的关联，当取样面与压力成形方向平行时，取锻件的最大截面为金属流线的检验面; 当检验面与压力成形方向垂直时，取分模面同侧桥部间距b 处剖切面“A－A”为金属流线的检验面，b 为单侧桥部高度值的1/2。表1为典型锻件的试样取样位置。
试样加工时应去除由取样造成的变形区域和热影响区域，以免对试验结果造成干扰。对于较大的样块可锯切成合适的段块后再进行加工。一般采用线切割进行取样，也可采用铣削和锯切等方式取样，加工后试样观察面的粗糙度一般要小于Ｒa1.6 μm，表面不允许有油污和加工伤痕。
一般金属流线的腐蚀方法为热酸腐蚀法，经大量实验验证，腐蚀溶液选择体积比1: 1 的盐酸水溶液，溶液温度为60～80℃，腐蚀时间为15～25 min 时效果最佳。试样腐蚀过程中检验面不应有磕碰、不应与其他物品接触以免对检验结果造成干扰。腐蚀完成后，应立即用温水将检验面上的腐蚀产物冲洗干净，然后用高压风吹干表面。如果试样欠腐蚀，可重新放入酸液中继续腐蚀; 如果试样过腐蚀，试样必须重新加工，将原腐蚀面去除2mm以上，重新腐蚀。这种腐蚀方法存在加热时间较长和工作效率低等缺点，并且腐蚀出的金属流线只能在5～10 倍的放大倍数下观察，细节显示不清晰。
为了提高腐蚀效率，使得腐蚀流线细节显示清晰，可以采用电解腐蚀法。该方法以腐蚀液为电解液，待处理的金属试样为阳极，铅等惰性金属作为阴极，在直流电源上电解。腐蚀液由质量浓度为68%～75% 的分析纯硝酸与蒸馏水按照体积比1: 1混合均匀制备而成电解电压为5～12 V，电解时间为10～50s。电解后取出试样，去除试样表面的腐蚀产物，冲洗吹干后即可目测或使用3～7倍的放大镜来观察流线。
金属流线应连续流畅，与锻件外轮廓相近，不应有涡流、穿流和紊流现象。当出现溢流时，按供需双方协议约定执行。金属流线形貌宜采用光学照相或数码成像留存，试样进行干燥处理或封装处理，防止试样被氧化及锈蚀。试样留存时间，一般按供需双方协议约定执行; 当需方没有特殊要求时，试样留存时间应不小于12 个月。典型锻件的理想金属流线图例见表2。
案例一: 某公司为戴姆勒奔驰生产的钢质汽车转向节类锻件，材质为42CrMo钢，客户图纸要求: 锻件抗拉强度为1030～1180 MPa，屈服强度≥825MPa，断后伸长率≥11%，断面收缩率≥42%，产品金属流线沿外轮廓分布合理均匀，线条流畅连贯无溢出。
生产过程中采用Φ130mm的42CrMo圆棒料，采用中频加热炉加热到1180℃，然后在6300t 电动螺旋压力机自动化模锻线上进行锻造生产，控制切边后锻件温度≥800℃，再由机械手放入料框中自然冷却至室温，经过调质处理后进行取样检测。由于产品样块较大，可以先用线切割将其锯切为3 部分，分别打磨抛光后，再用50%盐酸水溶液腐蚀，溶液温度为60～80℃，腐蚀时间为15～25 min，然后用温水冲洗干净，高压风吹干表面，拍照留档干燥储存。
同一样件的力学性能检测结果为: 产品的抗拉强度为1058MPa，屈服强度为980MPa，断后伸长率为14.5%，断面收缩率为43%，其力学性能指标和金属流线指标完全满足客户的要求。金属流线检验结果如图2 所示。
案例二: 某公司为荷兰达夫生产的钢质汽车转向节臂类锻件，材质为42CrMoS4 钢，客户图纸要求:抗拉强度为1100～1300MPa; 调质后硬度为346～10 HB，产品金属流线沿外轮廓分布合理均匀，线条流畅连贯无溢出。
生产过程中采用Φ55mm的42CrMoS4圆棒料，采用中频加热炉加热到1180℃，然后在1600t 电动螺旋压力机自动化模锻线上进行锻造生产，控制切边后锻件温度≥800℃，再由机械手放入料框中自然冷却至室温，经过调质处理后进行取样检测。产品样块进行打磨抛光后，再用50%HCl 水溶液腐蚀，溶液温度为60～80℃，腐蚀时间为15～25 min，然后用温水冲洗干净，高压风吹干表面，拍照留档干燥储存。同一样件的力学性能检测结果为: 产品的抗拉强度为1263MPa，调质后硬度为382HB，其力学性能指标和金属流线指标完全满足客户的要求。金属流线检测结果如图3所示。
金属流线的常见缺陷有涡流、穿流和紊流等，不同流线形态对钢质模锻件质量的影响程度不同。相对于锻件尺寸精度、力学性能的控制及金属流线的检验，要求产品必须拥有良好的金属流动控制和合理的金属体积分配，甚至模具的温度和润滑等都是保证金属流线的重要因素。
一般在首次工艺设计验证和可能影响金属流线的成形工艺变更时取样检验，取样时宜选择切边后的锻件毛坯或直接选择热处理后的钢质模锻件进行检验。金属流线检验面位置的选取、加工以及腐蚀评定的规范化和标准化将有效地解决因取样位置差异造成的金属流线判定不准确的问题，为钢质模锻件金属流线的判定提供统一的规范，填补国内外钢质模锻件金属流线检验与判定标准的缺失。
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