您的當前位置: 首頁 > 鍛壓文獻庫 > 自由鍛件 > 正文|
白點
白點是鍛件在鍛后冷卻過程中產生的一種內部缺陷。其形貌在橫向低倍試片上為細發絲狀銳角裂紋，斷口為銀白色斑點。Cr-Ni-Mo鋼鍛件縱向斷口上的白點其形狀不規則，大小懸殊，最小長軸尺寸僅2mm，最大的為24mm。
白點實質是一種脆性銳邊裂紋，具有極大的危害性，是馬氏體和珠光體鋼中十分危險的缺陷。
白點成因是鋼中氫在應力作用下向拉應力區富集，使鋼產生所謂氫脆，發生脆性斷裂，所以氫和附加應力聯合作用是白點產生的原因。
防止白點的對策主要是：
1)降低鋼中氫含量，如注意烘烤爐料，冶煉時充分沸騰，真空除氣，爐外精煉脫氣等。
2)采用消除白點的熱處理，主要任務是擴散鋼中氫，消除應力，如擴氫退火熱處理等。
過熱、過燒與溫度不均 加熱溫度過高或高溫停留時間過長時易引起過熱、過燒。過熱使材料的塑性與沖擊韌性顯著降低。過燒時材料的晶界劇烈氧化或者熔化，完全失去變形能力。
當加熱溫度分布嚴重不均勻，表現為鍛坯內外、正反面、沿長度溫差過大，在鍛造時引起不均變形，偏心鍛造等缺陷，亦稱欠熱。
5tPCrNi3Mo鋼鍛坯過熱組織，因加熱溫度太高引起的過熱特征。試樣用10%(體積分數)硝酸水溶液和10%(體積分數)硫酸水溶液腐蝕，金相顯微鏡(LM)觀察，晶粒粗大，晶界呈黑色，基體灰白色，顯示為過熱特征。
軸承鋼GCr15SiMn鍛件過燒引起的裂紋，晶界上有熔化痕跡及低熔點劇相，裂紋沿晶界擴展。試樣用4%(體積分數)硝酸酒精溶液侵蝕后呈黑色晶界，明顯燒壞，鍛坯過燒報廢。
防止加熱缺陷的對策是：
l)嚴格執行正確的加熱規范；
2)注意裝爐方式，防止局部加熱；
3)調準測溫儀表，精心加熱操作，控制爐溫、爐氣流動，防止不均勻加熱。
鍛造裂紋
在大型鍛造中，當原材料質量不良或鍛造工藝不當時，常易產生鍛造裂紋。下面介紹幾個由于材質不良引起鍛裂的情況。
(1)鋼錠缺陷引起的鍛造裂紋
大部分鋼錠缺陷，鍛造時都可能造成開裂，圖片6-8所示為2Cr13主軸鍛件中心裂紋。這是因為該6t鋼錠凝固時結晶溫度范圍窄，線收縮系數大。冷凝補縮不足，內外溫差大，軸心拉應力大，沿枝晶開裂，形成鋼錠軸心晶間裂紋，該裂紋在鍛造時進一步擴展而成主軸鍛件中已裂紋。該缺陷可通過下列措施予以消除：①提高冶煉鋼水純凈度；②鑄錠緩慢冷卻，減少熱應力；③采用良好的發熱劑與保溫帽，增大補縮能力；④采用中心壓實鍛造工藝。
(2)鋼中有害雜質沿晶界析出引起的鍛造裂紋。
鋼中的硫常以FeS形式沿晶界析出，其熔點僅有982℃，在1200℃鍛造溫度下，晶界上FeS將發生熔化，并以液態薄膜形式包圍晶粒，破壞晶粒間的結合而產生熱脆，輕微鍛擊就會開裂。
鋼中含銅在1100～1200℃溫度下的過氧化性氣氛中加熱時，由于選擇性氧化，表層會形成富銅區，當超過銅在奧氏體中溶解度時，銅則以液態薄膜形式分布于晶界，形成銅脆，不能鍛造成形。如果鋼中還存在有錫、銻還會嚴重降低銅在奧氏體中的溶解度，加劇這種脆化傾向。鋼鍛件網狀裂紋，因含銅量過高，鍛造加熱時，表面選擇性氧化，使銅沿晶界富集，鍛造裂紋沿晶界富銅相生核并擴展而形成。
(3)異相(第二相)引起的鍛造裂紋
鋼中第二相的力學性能往往和金屬基體有很大的差別，因而在變形流動時會引起附加應力導致整體工藝塑性下降，一旦局部應力超過異相與基體間結合力時，則發生分離形成孔洞。例如鋼中的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸鹽等等。假如這些相呈密集。鏈狀分布，尤其在沿晶界結合力薄弱處存在，高溫鍛壓就會開裂。20SiMn鋼87t錠因細小的AlN沿晶界析出引起鍛造開裂的宏觀形貌，其表面已經氧化，呈現多面體柱狀晶。微觀分析表明，鍛造開裂與細小的顆粒狀AlN沿一次晶晶界大量析出有關。
防止因氮化鋁沿晶析出引起鍛造開裂的對策是：
1)限制鋼中加鋁量，去除鋼中氮氣或用加鈦法抑制AlN析出量；
2)采用熱送鋼錠，過冷相變處理工藝；
3)提高熱送溫度(＞900℃)直接加熱鍛造；
4)鍛前進行充分的均勻化退火，使晶界析出相擴散。
氣泡
氣泡分內部氣泡與皮下氣泡兩種：
鋼中氣體由爐料、爐氣、空氣進人，當冶煉時脫氧不良，沸騰排氣不充分，則鋼液中氣體含量過多，凝固過程中，隨溫度降低，氣體溶解度下降而由鋼液中析出，形成內部氣泡。當鋼錠模壁潮濕、銹蝕、涂料中含有水分或揮發性物質，在注人高溫鋼水時產生氣體向鋼錠表層滲透，形成皮下氣泡。
氣泡經過鍛壓變形會壓扁或擴展成裂紋。
防止氣泡的對策是：
1)充分烘烤爐料與澆注系統；
2)冶煉時充分脫氣，并采用保護澆注工藝；
3)高溫擴散、鍛壓焊合孔洞缺陷；
4)及時燒剝表面裂紋。
縮孔與疏松
該類孔隙性缺陷，破壞金屬連續性，形成應力集中與裂紋源，屬于不允許的缺陷。
鋼錠開坯時切除量不夠，殘留縮孔及疏松，表現為鍛件端頭有管狀孔穴或者嚴重中心疏松。因鋼錠澆注溫度偏低，冒口補縮不良，縮孔深入到錠身區，鍛造時未能完全切除而形成縮孔殘余。橫向試片上中心部位呈現出枝叉狀孔洞特征。進一步解剖，末端存在疏松組織。
防止該類缺陷的對策是：
1)嚴格控制澆注溫度和速度，防止低溫慢速注錠；
2)采用發熱冒口或絕熱冒口，改善補縮條件使縮孔上移至冒口區，防止縮孔深人到錠身處；
3)控制鍛造時鋼錠冒口切頭率，充分切凈縮松缺陷。合理鍛壓變形，壓實疏松缺陷。
夾雜物與有害微量元素 夾雜物按其來源可分為內生夾雜與外來夾雜兩種。
常見的內生夾雜物主要有硫化物、硅酸鹽、氧化物等。它們在鋼中的數量和組成與鋼的成分、冶煉質量、澆注過程以及脫氧方法有關。熔點高的內生夾雜，凝固先于基體金屬，結晶不受阻礙，呈現為有規則的棱角外形；熔點較低的內生夾雜，由于受已凝固金屬的限制，形態多為球或條狀、枝晶狀沿晶界分布。硫化物與塑性較好的硅酸鹽組元，當鋼錠經鍛壓變形時，沿主變形方向延伸，呈條帶狀。
而氧化物及塑性較差的硅酸鹽夾雜，在鍛壓變形時被破碎成小顆粒，呈鏈球狀分布。尺寸細小，彌散分布的內生夾雜，多為微觀缺陷，危害程度較小。而大片或密集云團狀分布的夾雜構成宏觀缺陷，對鍛件使用有極不良的影響，容易引發嚴重的失效事故。
外來夾雜系指混人鋼中的爐渣、保護渣、氧化膜、耐火材料和異金屬塊等。通常外來夾雜較粗大，嚴重分布將破壞鋼的連續性而報廢。
隨著高參數，大型化機器設備的發展，對大鍛件的質量提出了更為嚴格的要求，為此對鋼中鉛、銻、錫、鉍、砷等微量元素需要控制，以提高鍛件的強韌化水平。
降低鋼中夾雜的一般對策是：
1)鋼液真空處理，爐外精煉，控制鋼液質量；
2)清潔澆注，防止外來夾雜污染與異金屬進人；
3)合理鍛造變形，改善夾雜分布。
偏析 鋼中化學成分與雜質分布的不均勻現象，稱為偏析。一般將高于平均成分者，稱為正偏析，低于平均成分者，稱為負偏析。尚有宏觀偏析，如區域偏析與微觀偏析，如枝晶偏析，晶間偏析之分。 大鍛件中的偏析與鋼錠偏析密切相關，而鋼錠偏析程度又與鋼種、錠型、冶煉質量及澆注條件等有關。合金元素、雜質含量、鋼中氣體均加劇偏析的發展。鋼錠愈大，澆注溫度愈高，澆注速度愈快，偏析程度愈嚴重。 (1)區域偏析 它屬于宏觀偏析，是由鋼液在凝固過程中選擇結晶，溶解度變化和比重差異引起的。如鋼中氣體在上浮過程中帶動富集雜質的鋼液上升的條狀軌跡，形成須狀∧形偏析。頂部先結晶的晶體和高熔點的雜質下沉，仿佛結晶雨下落形成的軸心∨形偏析。沉淀于錠底形成負偏析沉積錐。最后凝固上部區域，碳、硫、磷等偏析元素富集，成為缺陷較多的正偏析區。 防止區域偏析的對策是： 1)降低鋼中硫、磷等偏析元素和氣體的含量，如采用爐外精煉，真空碳脫氧(VCD)處理及錠底吹氬工藝。 2)采用多爐合澆、冒口補澆、振動澆注及發熱絕熱冒口，增強冒口補縮能力等措施。 3)嚴格控制注溫與注速，采用短粗錠型，改善結晶條件。 在鍛件橫向低倍試片上，呈現與錠型輪廓相對應的框形特征，亦稱框形偏析。因錠中偏析帶在變形時，沿分模面擴展而呈現為框形。偏析帶由小孔隙及富集元素構成，對鍛件組織性能的均勻性有不良的影響。 電渣重熔以其純凈度高、結晶結構合理，成為生產重要大鍛件鋼坯的方法，但是如果在重熔過程中電流、電壓不穩定，則會形成波紋狀偏析。當電流、電壓增高時，鋼液過熱，結晶速度減緩，鋼液中的溶質元素在結晶前沿偏聚形成富集帶；當電流、電壓減小時，熔質元素偏聚程度減小，這種周期性的變化，便形成了波紋狀的偏析條帶。 區域偏析在橫向低倍酸浸試片上呈分散的深色斑點狀，稱之為點狀偏析。 (2)枝晶偏析 它屬于微觀偏析。樹枝狀結晶與晶間微區成分的不均勻性，可能引起組織性能的不均勻分布。采用掃描電鏡(SEM)、波譜儀(WDS)、能譜儀(EDS)進行微區觀察和成分分析可以檢出并闡明原因，一般通過高溫擴散加熱，鍛壓合理變形與均勻化熱處理可以消除或減輕其不良影響。 |