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您生產的鍛件失效了,怎么辦?支你9招!

作者:admin2018-09-20 17:10:37
  在平常的鍛造加工過程中,我們有時不免會讓鍛件失效了, 那應該怎么辦呢,接下來就為大家支9招,為大家解決了平常的煩惱。
  1.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  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。
   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。
  (2)枝晶偏析  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。
   2.夾雜物與有害微量元素
   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。
   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。
   3.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。
   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)控制鍛件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。
   4.氣泡
   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。
   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。

 
鍛件
 
  5.鍛造裂紋
 (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。
 (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。圖片6-10是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。
   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。
  6.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。
  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。
  7.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。照片6-13為Cr-Ni-Mo鋼鍛件縱向斷口上的白點。其形狀不規則,大小懸殊,***小長軸尺寸僅2mm,***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。 
  對策是:
  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。詳見鍛造過程中常見的缺陷中的鍛后清理工藝不當常產生的缺陷。
  8.組織性能不均勻
  大型鍛件因其尺寸大,工序多,周期長,工藝過程中不均勻,不穩定因素多,所以常常造成組織性能嚴重不均勻,以致在力學性能試驗,金相組織檢查和無損探傷時不能通過。由于鋼錠中化學成分偏析,夾雜物聚集,各種孔隙性缺陷的影響;加熱時溫度變化緩慢,分布不均,內應力大,缺陷較多;高溫長時間鍛造,局部受力局部變形,塑流狀況、壓實程度、變形分布差別較大;冷卻時擴散過程緩慢,組織轉變復雜,附加應力大。以上諸因素都可能導致組織性能嚴重不均勻,質量不合格。
  提高大型鍛件均勻性的措施:
  1)采用***的冶鑄技術,提高鋼錠的冶金質量;
  2)采用控制鍛造,控制冷卻技術,優化工藝過程,提高大鍛件生產的技術經濟水平。
  9.淬火裂紋與回火脆性
  許多對力學性能與表面硬度要求高的大鍛件,鍛后要經粗加工,再進行調質熱處理或表面淬火。在熱處理時,由于溫度急劇變化,將產生很大的溫度應力。由于相變還產生組織應力,和鍛件存在的殘余應力疊加,合成的拉應力值如果超過材料的抗拉強度,并且沒有塑性變形松弛,將會產生各種形式的開裂和裂紋。例如縱向、橫向、表面和中心裂紋,表面龜裂和表層剝離等。由于大鍛件截面尺寸大,加熱、冷卻時溫度分布不均勻,相變過程復雜,殘余應力大,而且程度不同地存在著各種宏觀和微觀缺陷,塑性差,韌性低,這都能加劇裂紋萌生與擴展的過程,往往形成即時的或延時的開裂破壞,甚至炸裂與自然置裂等,造成重大經濟損失。
  對策是:
  1)采用合理的熱處理規范,控制加熱速度與冷卻過程,減少加熱缺陷與溫度應力;
  2)避免鍛件中存在嚴重的冶金缺陷與殘余應力;
  3)淬火后及時回火。
  回火脆性系碳化物析出或磷、錫、銻、砷等有害微量元素沿晶界聚集而引起的脆性增大的傾向。
  防止回火脆性的對策是:
  1)減少鋼中有害元素的含量;
  2)減少鋼中偏析;
  3)避免在回火脆性溫度區熱處理,適當快冷,防止有害組元富集。
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