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一、原材料的主要缺陷及其引起的鍛件缺陷 鍛造用的原材料為鑄錠、軋材、擠材及鍛坯。而軋材、擠材及鍛坯分別是鑄錠經(jīng)軋制、擠壓及鍛造加工成的半成品。一般情況下，鑄錠的內(nèi)部缺陷或表面缺陷的出現(xiàn)有時(shí)是不可避免的。例如，內(nèi)部的成分與組織偏析等。原材料存在的各種缺陷，不僅會(huì)影響鍛件的成形，而且將影響鍛件的最終質(zhì)量。 由原材料的缺陷造成的鍛件缺陷通常有： 1.表面裂紋 表面裂紋多發(fā)生在軋制棒材和鍛制棒材上，一般呈直線形狀，和軋制或鍛造的主變形方向一致。造成這種缺陷的原因很多，例如鋼錠內(nèi)的皮下氣泡在軋制時(shí)一面沿變形方向伸長(zhǎng)，一面暴露到表面上和向內(nèi)部深處發(fā)展。又如在軋制時(shí)，坯料的表面如被劃傷，冷卻時(shí)將造成應(yīng)力集中，從而可能沿劃痕開裂等等。這種裂紋若在鍛造前不去掉，鍛造時(shí)便可能擴(kuò)展引起鍛件裂紋。 一般表現(xiàn)更多為軸向裂紋。 2.折疊 折疊形成的原因是當(dāng)金屬坯料在軋制過程中，由于軋輥上的型槽定徑不正確，或因型槽磨損面產(chǎn)生的毛刺在軋制時(shí)被卷入，形成和材料表面成一定傾角的折縫。對(duì)鋼材，折縫內(nèi)有氧化鐵夾雜，四周有脫碳。折疊若在鍛造前不去掉，可能引起鍛件折疊或開裂。 3.層狀斷口 層狀斷口的特征是其斷口或斷面與折斷了的石板、樹皮很相似。 層狀斷口多發(fā)生在合金鋼（鉻鎳鋼、鉻鎳鎢鋼等），碳鋼中也有發(fā)現(xiàn)。這種缺陷的產(chǎn)生是由于鋼中存在的非金屬夾雜物、枝晶偏析以及氣孔疏松等缺陷，在鍛、軋過程中沿軋制方向被拉長(zhǎng)，使鋼材呈片層狀。如果雜質(zhì)過多，鍛造就有分層破裂的危險(xiǎn)。層狀斷口越嚴(yán)重，鋼的塑性、韌性越差，尤其是橫向力學(xué)性能很低，所以鋼材如具有明顯的層片狀缺陷是不合格的。 4.亮線（亮區(qū)） 亮線是在縱向斷口上呈現(xiàn)結(jié)晶發(fā)亮的有反射能力的細(xì)條線，多數(shù)貫穿整個(gè)斷口，大多數(shù)產(chǎn)生在軸心部分。 亮線主要是由于合金偏析造成的。 輕微的亮線對(duì)力學(xué)性能影響不大，嚴(yán)重的亮線將明顯降低材料的塑性和韌性。 5.非金屬夾雜 非金屬夾雜物主要是熔煉或澆鑄的鋼水冷卻過程中由于成分之間或金屬與爐氣、容器之間的化學(xué)反應(yīng)形成的。另外，在金屬熔煉和澆鑄時(shí)，由于耐火材料落入鋼液中，也能形成夾雜物，這種夾雜物統(tǒng)稱夾渣。在鍛件的橫斷面上，非金屬夾雜可以呈點(diǎn)狀、片狀、鏈狀或團(tuán)塊狀分布。嚴(yán)重的夾雜物容易引起鍛件開裂或降低材料的使用性能。6.碳化物偏析 碳化物偏析經(jīng)常在含碳高的合金鋼中出現(xiàn)。其特征是在局部區(qū)域有較多的碳化物聚集。它主要是鋼中的萊氏體共晶碳化物和二次網(wǎng)狀碳化物，在開坯和軋制時(shí)未被打碎和均勻分布造成的。碳化物偏析將降低鋼的鍛造變形性能，易引起鍛件開裂。鍛件熱處理淬火時(shí)容易局部過熱、過燒和淬裂。 7.白點(diǎn) 白點(diǎn)的主要特征是在鋼坯的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)，在橫向斷口上呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)的大小不一，長(zhǎng)度由1～20mm或更長(zhǎng)。 白點(diǎn)在鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等合金鋼中常見，普通碳鋼中也有發(fā)現(xiàn)，是隱藏在內(nèi)部的缺陷。 白點(diǎn)是在氫和相變時(shí)的組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的，當(dāng)鋼中含氫量較多和熱壓力加工后冷卻（或鍛后熱處理）太快時(shí)較易產(chǎn)生。 用帶有白點(diǎn)的鋼鍛造出來的鍛件，在熱處理時(shí)（淬火）易發(fā)生龜裂，有時(shí)甚至成塊掉下。白點(diǎn)降低鋼的塑性和零件的強(qiáng)度，是應(yīng)力集中點(diǎn)，它像尖銳的切刀一樣，在交變載荷的作用下，很容易變成疲勞裂紋而導(dǎo)致疲勞破壞。所以鍛造原材料中絕對(duì)不允許有白點(diǎn)。 8.縮管殘余 縮管殘余一般是由于鋼錠冒口部分產(chǎn)生的集中縮孔未切除干凈，開坯和軋制時(shí)殘留在鋼材內(nèi)部而產(chǎn)生的。 縮管殘余附近區(qū)域一般會(huì)出現(xiàn)密集的夾雜物、疏松或偏析。在橫向低倍中呈不規(guī)則的皺折的縫隙。鍛造時(shí)或熱處理時(shí)易引起鍛件開裂，二、備料不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷及其對(duì)鍛件的影響 備料不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷有以下幾種。 1.切斜 切斜是在鋸床或沖床上下料時(shí)，由于未將棒料壓緊，致使坯料端面相對(duì)于縱軸線的傾斜量超過了規(guī)定的許可值。嚴(yán)重的切斜，可能在鍛造過程中形成折疊。 2.坯料端部彎曲并帶毛刺 在剪斷機(jī)或沖床上下料時(shí)，由于剪刀片或切斷模刃口之間的間隙過大或由于刃口不銳利，使坯料在被切斷之前已有彎曲，結(jié)果部分金屬被擠人刀片或模具的間隙中，形成端部下垂毛刺。 有毛刺的坯料，加熱時(shí)易引起局部過熱、過燒，鍛造時(shí)易產(chǎn)生折疊和開裂。 3.坯料端面凹陷 在剪床上下料時(shí)，由于剪刀片之間的間隙太小，金屬斷面上、下裂紋不重合，產(chǎn)生二次剪切，結(jié)果部分端部金屬被拉掉，端面成凹陷狀。這樣的坯料鍛造時(shí)易產(chǎn)生折疊和開裂。 4.端部裂紋 在冷態(tài)剪切大斷面合金鋼和高碳鋼棒料時(shí)，常常在剪切后3～4h發(fā)現(xiàn)端部出現(xiàn)裂紋。主要是由于刀片的單位壓力太大，使圓形斷面的坯料壓扁成橢圓形，這時(shí)材料中產(chǎn)生了很大的內(nèi)應(yīng)力。而壓扁的端面力求恢復(fù)原來的形狀，在內(nèi)應(yīng)力的作用下則常在切料后的幾小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)裂紋。材料硬度過高、硬度不均和材料偏析較嚴(yán)重時(shí)也易產(chǎn)生剪切裂紋。有端部裂紋的坯料，鍛造時(shí)裂紋將進(jìn)一步擴(kuò)展。 5.氣割裂紋 氣割裂紋一般位于坯料端部，是由于氣割前原材料沒有預(yù)熱，氣割時(shí)產(chǎn)生組織應(yīng)力和熱應(yīng)力引起的。 有氣割裂紋的坯料，鍛造時(shí)裂紋將進(jìn)一步擴(kuò)展。因此鍛前應(yīng)予以預(yù)先清除。 三、加熱工藝不當(dāng)常產(chǎn)生的缺陷 加熱不當(dāng)所產(chǎn)生的缺陷可分為：①由于介質(zhì)影響使坯料外層組織化學(xué)狀態(tài)變化而引起的缺陷，如氧化、脫碳、增碳和滲硫、滲銅等。②由內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的異常變化引起的缺陷，如過熱、過燒和未熱透等。③由于溫度在坯料內(nèi)部分布不均，引起內(nèi)應(yīng)力（如溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力）過大而產(chǎn)生的坯料開裂等。 1.脫碳 脫碳是指金屬在高溫下表層的碳被氧化，使得表層的含碳量較內(nèi)部有明顯降低的現(xiàn)象。 脫碳層的深度與鋼的成分、爐氣的成分、溫度和在此溫度下的保溫時(shí)間有關(guān)。采用氧化性氣氛加熱易發(fā)生脫碳，高碳鋼易脫碳，含硅量多的鋼也易脫碳。 脫碳使零件的強(qiáng)度和疲勞性能下降，磨損抗力減弱。 2.增碳 經(jīng)油爐加熱的鍛件，常常在表面或部分表面發(fā)生增碳現(xiàn)象。有時(shí)增碳層厚度達(dá)1.5～1.6mm，增碳層的含碳量達(dá)1％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右，局部點(diǎn)含碳量甚至超過2％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），出現(xiàn)萊氏體組織。 這主要是在油爐加熱的情況下，當(dāng)坯料的位置靠近油爐噴嘴或者就在兩個(gè)噴嘴交叉噴射燃油的區(qū)域內(nèi)時(shí)，由于油和空氣混合得不太好，因而燃燒不完全，結(jié)果在坯料的表面形成還原性的滲碳?xì)夥?，從而產(chǎn)生表面增碳的效果。 增碳使鍛件的機(jī)械加工性能變壞。 3.過熱 過熱是指金屬坯料的加熱溫度過高，或在規(guī)定的鍛造與熱處理溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間太長(zhǎng)，或由于熱效應(yīng)使溫升過高而引起的晶粒粗大現(xiàn)象。 一般過熱的結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)過正常熱處理（正火、淬火）之后，組織可以改善，性能也隨之恢復(fù)，這種過熱常被稱之為不穩(wěn)定過熱；而合金結(jié)構(gòu)鋼的嚴(yán)重過熱經(jīng)一般的正火（包括高溫正火）、退火或淬火處理后，過熱組織不能完全消除，這種過熱常被稱之為穩(wěn)定過熱。 4.過燒 過燒是指金屬坯料的加熱溫度過高或在高溫加熱區(qū)停留時(shí)間過長(zhǎng)，爐中的氧及其它氧化性氣體滲透到金屬晶粒間的空隙，并與鐵、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶體，破壞了晶粒間的聯(lián)系，使材料的塑性急劇降低。過燒嚴(yán)重的金屬，撤粗時(shí)輕輕一擊就裂，拔長(zhǎng)時(shí)將在過燒處出現(xiàn)橫向裂紋。 過燒與過熱沒有嚴(yán)格的溫度界線。一般以晶粒出現(xiàn)氧化及熔化為特征來判斷過燒。鍛件過燒后，往往無法挽救，只好報(bào)廢。 5.加熱裂紋 在加熱截面尺寸大的大鋼錠和導(dǎo)熱性差的高合金鋼和高溫合金坯料時(shí)，如果低溫階段加熱速度過快，則坯料因內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。加之此時(shí)坯料由于溫度低而塑性較差，若熱應(yīng)力的數(shù)值超過坯料的強(qiáng)度極限，就會(huì)產(chǎn)生由中心向四周呈輻射狀的加熱裂紋，使整個(gè)斷面裂開。 四、鍛造工藝不當(dāng)常產(chǎn)生的缺陷 鍛造工藝不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷通常有以下幾種： 1.大晶粒 大晶粒通常是由于始鍛溫度過高和變形程度不足、或終鍛溫度過高、或變形程度落入臨界變形區(qū)引起的。晶粒粗大將使鍛件的塑性和韌性降低，疲勞性能明顯下降。 2.晶粒不均勻 晶粒不均勻是指鍛件某些部位的晶粒特別粗大，某些部位卻較小。產(chǎn)生晶粒不均勻的主要原因是坯料各處的變形不均勻使晶粒破碎程度不一，或局部區(qū)域的變形程度落入臨界變形區(qū)，或高溫合金局部加工硬化，或淬火加熱時(shí)局部晶粒粗大。耐熱鋼及高溫合金對(duì)晶粒不均勻特別敏感。晶粒不均勻?qū)⑹瑰懠某志眯阅?、疲勞性能明顯下降。 3.冷硬現(xiàn)象 變形時(shí)由于溫度偏低或變形速度太快，以及鍛后冷卻過快，均可能使再結(jié)晶引起的軟化跟不上變形引起的強(qiáng)化（硬化），從而使熱鍛后鍛件內(nèi)部仍部分保留冷變形組織。這種組織的存在提高了鍛件的強(qiáng)度和硬度，但降低了塑性和韌性。嚴(yán)重的冷硬現(xiàn)象可能引起鍛裂。 4.裂紋 裂紋通常是鍛造時(shí)存在較大的拉應(yīng)力、切應(yīng)力或附加拉應(yīng)力引起的。裂紋發(fā)生的部位通常是在坯料應(yīng)力最大、厚度最薄的部位。如果坯料表面和內(nèi)部有微裂紋、或坯料內(nèi)存在組織缺陷，或熱加工溫度不當(dāng)使材料塑性降低，或變形速度過快、變形程度過大，超過材料允許的塑性指針等，則在撤粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲和擠壓等工序中都可能產(chǎn)生裂紋。 5.龜裂 龜裂是在鍛件表面呈現(xiàn)較淺的龜狀裂紋。在鍛件成形中受拉應(yīng)力的表面（例如，未充滿的凸出部分或受彎曲的部分）最容易產(chǎn)生這種缺陷。引起龜裂的內(nèi)因可能是多方面的：①原材料合Cu、Sn等易熔元素過多。②高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，鋼料表面有銅析出、表面晶粒粗大、脫碳、或經(jīng)過多次加熱的表面。③燃料含硫量過高，有硫滲人鋼料表面。 6.鑄造組織殘留 鑄造組織殘留主要出現(xiàn)在用鑄錠作坯料的鍛件中。鑄態(tài)組織主要?dú)埩粼阱懠睦щy變形區(qū)。鍛造比不夠和鍛造方法不當(dāng)是鑄造組織殘留產(chǎn)生的主要原因。 鑄造組織殘留會(huì)使鍛件的性能下降，尤其是沖擊韌度和疲勞性能等。 五.鍛后冷卻與熱處理 大型鍛件的鍛后冷卻和熱處理，是必不可少的工序。如果鍛后冷卻和熱處理不當(dāng)，將會(huì)造成鍛件的最終報(bào)廢。在鍛件的冷卻過程中，金屬內(nèi)部會(huì)存在溫度差，表面冷卻快，內(nèi)部冷卻慢，冷縮不一致，使金屬外層受拉，內(nèi)層受壓，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。以致可能產(chǎn)生裂紋。 冷卻速度較快，溶解在金屬內(nèi)部的氫就會(huì)大量析出，在來不及很好的向外擴(kuò)散，就會(huì)結(jié)晶宿松區(qū)域或錯(cuò)位在附近高度聚集，并由活性的氫原子聚集成分子，產(chǎn)生很高的壓力，以致遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬本身的強(qiáng)度，而使鍛件內(nèi)部產(chǎn)生許多裂紋——白點(diǎn)。 咨詢、了解意大利瑟肯熱處理防滲保護(hù)涂料請(qǐng)點(diǎn)擊下面小程序 |
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