鍛造不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷原因分析

草蟲gg 2023-06-14 發(fā)布于四川

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鍛件低倍組織缺陷

(1)大晶粒:

如果始鍛溫度過(guò)高和變形程度不足，或終鍛溫度過(guò)高，或終鍛變形量落入臨界變形區(qū)都可能在鋼鍛件的低倍組織上出現(xiàn)晶粒粗大的缺陷。鋁合金變形程度過(guò)大，形成織構(gòu);高溫合金形變溫度過(guò)低，形成混合變形組織等均能形成粗大晶粒。粗晶使鍛件的塑性、韌性降低，疲勞性能明顯下降。

(2)鍛件流線分布不當(dāng):

當(dāng)鍛造模具設(shè)計(jì)不當(dāng)、鍛造方法選擇不合理使預(yù)制毛坯流線紊亂，或鍛造時(shí)操作不當(dāng)及模具磨損使金屬產(chǎn)生不均勻流動(dòng)等均可在鍛件低倍組織上發(fā)生流線切斷、回流、渦流等流線紊亂現(xiàn)象，使鍛件的流線分布不合理。流線分布不合理可能使鍛件在使用中產(chǎn)生早期失效，影響鍛件的使用壽命。

(3)鍛造折疊:

如果原材料和坯料的形狀誤差過(guò)大、模具的設(shè)計(jì)不當(dāng)、成形工序的安排不合理、潤(rùn)滑不良及鍛造的實(shí)際操作不當(dāng)?shù)龋加锌赡苁菇饘僮冃芜^(guò)程中已經(jīng)氧化過(guò)的表層金屬匯合在一起形成折疊。折疊與金屬的流線方向一致，折疊尾端一般呈現(xiàn)小圓角。但隨后的鍛造變形又會(huì)使折疊發(fā)生開(kāi)裂，使折疊的尾端呈現(xiàn)尖角形。一般折疊兩側(cè)有較嚴(yán)重的氧化脫碳現(xiàn)象，在個(gè)別情況下也有增碳現(xiàn)象。折疊不僅減少了零件的承載面積，而且工作時(shí)由于折疊處產(chǎn)生的應(yīng)力集中往往成為疲勞源。

(4)穿流:

穿流產(chǎn)生的原因與折疊相似，它是由兩股金屬或一股金屬帶著另一股金屬匯流而形成，但穿流部分的金屬仍是一整體。穿流也是流線分布不當(dāng)?shù)囊环N形式。在穿流區(qū)，原先成一定角度分布的流線匯合在一起，穿流區(qū)內(nèi)、外晶粒大小常常相差較懸殊。穿流使鍛件的力學(xué)性能降低，尤其當(dāng)穿流兩側(cè)晶粒相差較懸殊時(shí)，性能降低更明顯。

(5)剪切帶:

合金和高溫合金對(duì)激冷敏感性大，在模鍛過(guò)程中，坯料接觸表面附近難變形區(qū)逐步擴(kuò)大，在難變形區(qū)間發(fā)生強(qiáng)烈剪切變形會(huì)形成剪切帶，在鍛件的橫向低倍組織上出現(xiàn)波浪狀的細(xì)晶區(qū)。剪切帶使鍛件組織形成強(qiáng)烈的方向性，使鍛件性能降低。

鍛件高倍組織缺陷

(1)晶粒不均勻:

變形不均勻使晶粒破碎不一，或局部區(qū)域變形程度落入臨界變形區(qū)，可使鍛件某些部位的晶粒特別粗大，某些部位的晶粒卻較小，形成整個(gè)鍛件內(nèi)部晶粒大小不均勻的缺陷。耐熱鋼和高溫合金鍛造過(guò)程中局部加工硬化，也會(huì)產(chǎn)生粗大晶粒因而耐熱鋼及高溫合金對(duì)晶粒不均勻特別敏感。晶粒不均勻使鍛件的持久性能、疲勞性能明顯下降。

(2)帶狀組織:

若在兩相共存的情況下鍛造變形會(huì)產(chǎn)生帶狀組織。在亞共析鋼的高倍組織中是鐵素體和珠光體呈帶狀分布，在奧氏體鋼和半馬氏體鋼中，還可能出現(xiàn)鐵素體和奧氏體、鐵素體和貝氏體、鐵素體和馬氏體在鍛件中呈現(xiàn)帶狀分布的組織狀態(tài)。帶狀組織能降低鍛件的橫向塑性，特別是沖擊韌性。使鍛件在使用中常沿鐵素體帶或兩相的交界處開(kāi)裂。

(3)脫碳層堆積:

如果鍛造工藝不當(dāng)還可能引起鍛件上局部區(qū)域脫碳層堆積的缺陷如圓棒料拔長(zhǎng)時(shí)錘擊過(guò)重，壓下量過(guò)大，翻轉(zhuǎn) 90°壓縮時(shí)形成雙鼓形，再拔長(zhǎng)時(shí)，雙鼓形的金屬一部分向外流動(dòng)，增加寬度，一部分金屬向中心流動(dòng)，因而形成中心區(qū)的脫碳層堆積現(xiàn)象。脫碳層堆積部位的硬度低于正常組織部位的硬度，使鍛件在使用過(guò)程中易從該部位開(kāi)裂。

(4)碳化物偏析級(jí)別不符合要求:

如果原材料碳化物偏析嚴(yán)重，加之改鍛時(shí)鍛造比不夠或鍛造方法不當(dāng)，在鍛件中會(huì)出現(xiàn)碳化物分布不均勻現(xiàn)象，呈現(xiàn)大塊狀集中分布的碳化物或網(wǎng)狀分布的碳化物缺陷。這種缺陷主要出現(xiàn)于萊氏體工模具鋼中。具有這種缺陷的鍛件，在熱處理淬火時(shí)容易局部過(guò)熱和淬裂。制成的刃具和模具使用時(shí)易崩刃等。

(5)鑄造組織殘留:

當(dāng)鍛造比不夠和鍛造方法不當(dāng)時(shí)，在鍛件組織中，還可能出現(xiàn)鑄態(tài)組織。這種組織缺陷主要出現(xiàn)在用鑄錠作坯料的鍛件中，出現(xiàn)的部位主要在鍛件的難變形區(qū)。這種殘留的鑄態(tài)組織使鍛件的性能下降，尤其是沖擊韌性和疲勞性能下降尤為明顯。

鍛件裂紋類缺陷

裂紋使鍛件的完整性和連續(xù)性被破壞，鍛件輕微表面裂紋清理后還可使用，裂紋嚴(yán)重時(shí)，鍛件只能報(bào)廢。產(chǎn)生鍛件裂紋的原因有:坯料表面和內(nèi)部有微裂紋，在鍛造時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展，使鍛件表面或內(nèi)部出現(xiàn)裂紋;坯料內(nèi)部存在組織缺陷或熱加工溫度不當(dāng)，使材料塑性下降，鍛造時(shí)存在較大的拉應(yīng)力、剪切應(yīng)力或附加拉應(yīng)力而使鍛件中出現(xiàn)裂紋;當(dāng)變形速度過(guò)快，變形程度過(guò)大也能在鍛件中產(chǎn)生裂紋。

常見(jiàn)的鍛造裂紋有以下幾種：

(1)龜裂:鍛件表面出現(xiàn)較淺的龜狀裂紋。原材料含 Cu、Sn 等易熔元素過(guò)多、加熱燃料中含硫量過(guò)高都可能使鍛件表面產(chǎn)生龜裂;高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，鋼表面銅析出、表面晶粒粗大、脫碳，或經(jīng)過(guò)多次加熱的表面也易出現(xiàn)龜裂。龜裂最易出現(xiàn)在鍛件成形中受拉應(yīng)力的表面。

(2)十字裂紋:在反復(fù)對(duì)坯料進(jìn)行翻轉(zhuǎn) 90°的拔長(zhǎng)過(guò)程中，送進(jìn)量過(guò)大，且在同一處反復(fù)重?fù)魧⒃斐墒至鸭y。裂紋沿鍛件橫斷面的對(duì)角線方向分布，其長(zhǎng)度不一，有時(shí)可能完全貫穿整個(gè)坯料。這種缺陷在低塑性的高速鋼、高鉻鋼的拔長(zhǎng)工序中常出現(xiàn)。矩形斷面坯料在平砧下拔長(zhǎng)時(shí)，對(duì)角線兩側(cè)金屬進(jìn)行劇烈的交錯(cuò)流動(dòng)，產(chǎn)生很大的交變剪切變形，當(dāng)切變程度或切變應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度時(shí)，便沿對(duì)角線方向產(chǎn)生裂紋。

(3)孔邊龜裂:沖孔芯子沒(méi)有預(yù)熱、預(yù)熱不夠或因一次沖孔變形太大，將在沖孔邊緣造成孔邊龜裂裂紋，鉻鋼沖孔時(shí)出現(xiàn)較多。

(4)銅合金鍛件應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂:黃銅鍛件在鍛造時(shí)變形不均勻，鍛后又未及時(shí)退火使鍛件內(nèi)存在較大的殘余應(yīng)力，在潮濕的空氣中，特別是在含氨鹽的大氣中放置時(shí)會(huì)引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

冷硬現(xiàn)象

鍛件變形時(shí)溫度偏低或變形速度太快，以及鍛后冷卻過(guò)快，以致再結(jié)晶引起的軟化跟不上變形引起的硬化，熱鍛后鍛件內(nèi)部仍部分保留冷變形組織，而出現(xiàn)熱加工后的冷硬現(xiàn)象，使鍛件的強(qiáng)度和硬度比正常熱鍛的要高，而塑形和韌性下降。

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來(lái)自：草蟲gg > 《材料分析72》

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