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鍛造對(duì)金屬組織、性能的影響與鍛件缺陷

常見(jiàn)問(wèn)題 2020-10-29

鍛件的缺陷包括外表缺陷和內(nèi)部缺陷。有的鍛件缺陷會(huì)影響后續(xù)工序的加工質(zhì)量,有的則嚴(yán)重影響鍛件的性能,降低所制廢品件的運(yùn)用壽命,以至危及平安。因而,為進(jìn)步鍛件質(zhì)量,防止鍛件缺陷的產(chǎn)生,應(yīng)采取相應(yīng)的工藝對(duì)策,同時(shí)還應(yīng)增強(qiáng)消費(fèi)全過(guò)程的質(zhì)量控制。本章概要引見(jiàn)三方面的問(wèn)題:鍛造對(duì)金屬組織、性能的影響與鍛件缺陷;鍛件質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容和辦法;鍛件質(zhì)量剖析的普通過(guò)程。

  (一)鍛造對(duì)金屬組織和性能的影響 鍛造消費(fèi)中,除了必需保證鍛件所請(qǐng)求的外形和尺寸外,還必需滿足零件在運(yùn)用過(guò)程中所提出的性能請(qǐng)求,其中主要包括:強(qiáng)度指針、塑性指針、沖擊韌度、疲倦強(qiáng)度、斷裂韌度和抗應(yīng)力腐蝕性能等,對(duì)高溫工作的零件,還有高溫瞬時(shí)拉伸性能、耐久性能、抗蠕變性能和熱疲倦性能等。鍛造用的原資料是鑄錠、軋材、擠材和鍛坯。而軋材、擠材和鍛坯分別是鑄錠經(jīng)軋制、擠壓及鍛造加工后構(gòu)成的半廢品。鍛造消費(fèi)中,采用合理的工藝和工藝參數(shù),能夠經(jīng)過(guò)下列幾方面來(lái)改善原資料的組織和性能:1)打碎柱狀晶,改善宏觀偏析,把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織,并在適宜的溫度和應(yīng)力條件下,焊合內(nèi)部孔隙,進(jìn)步資料的致密度;2)鑄錠經(jīng)過(guò)鍛造構(gòu)成纖維組織,進(jìn)一步經(jīng)過(guò)軋制、擠壓、模鍛,使鍛件得到合理的纖維方向散布;3)控制晶粒的大小和平均度;4)改善第二相(例如:萊氏體鋼中的合金碳化物)的散布;5)使組織得到形變強(qiáng)化或形變——相變強(qiáng)化等。由于上述組織的改善,使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲倦強(qiáng)度及耐久性能等也隨之得到了進(jìn)步,然后經(jīng)過(guò)零件的最后熱處置就能得到零件所請(qǐng)求的硬度、強(qiáng)度和塑性等良好的綜合性能。但是,假如原資料的質(zhì)量不良或所采用的鍛造工藝不合理,則可能產(chǎn)生鍛件缺陷,包括外表缺陷、內(nèi)部缺陷或性能不合格等。

  (二)原資料對(duì)鍛件質(zhì)量的影響 原資料的良好質(zhì)量是保證鍛件質(zhì)量的先決條件,如原資料存在缺陷,將影響鍛件的成形過(guò)程及鍛件的最終質(zhì)量。如原資料的化學(xué)元素超出規(guī)則的范圍或雜質(zhì)元素含量過(guò)高,對(duì)鍛件的成形和質(zhì)量都會(huì)帶來(lái)較大的影響,例如:S、B、Cu、Sn等元素易構(gòu)成低熔點(diǎn)相,使鍛件易呈現(xiàn)熱脆。為了取得實(shí)質(zhì)細(xì)晶粒鋼,鋼中剩余鋁含量需控制在一定范圍內(nèi),例如Al酸0.02%~0.04%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。含量過(guò)少,起不到控制晶粒長(zhǎng)大的作用,常易使鍛件的實(shí)質(zhì)晶粒度不合格;含鋁量過(guò)多,壓力加工時(shí)在構(gòu)成纖維組織的條件下易構(gòu)成木紋狀斷口、撕痕狀斷口等。又如,在1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中,Ti、Si、Al、Mo的含量越多,則鐵素體相越多,鍛造時(shí)愈易構(gòu)成帶狀裂紋,并使零件帶有磁性。如原資料內(nèi)存在縮管剩余、皮下起泡、嚴(yán)重碳化物偏析、粗大的非金屬夾雜物(夾渣)等缺陷,鍛造時(shí)易使鍛件產(chǎn)生裂紋。原資料內(nèi)的樹(shù)枝狀晶、嚴(yán)重疏松、非金屬夾雜物、白點(diǎn)、氧化膜、偏析帶及異金屬混人等缺陷,易惹起鍛件性能降落。原資料的外表裂紋、折疊、結(jié)疤、粗晶環(huán)等易形成鍛件的外表裂紋。

   (三)鍛造工藝過(guò)程對(duì)鍛件質(zhì)量的影響 鍛造工藝過(guò)程普通由以下工序組成,即下料、加熱、成形、鍛后冷卻、酸洗及鍛后熱處置。鍛造過(guò)程中假如工藝不當(dāng)將可能產(chǎn)生一系列的鍛件缺陷。加熱工藝包括裝爐溫度、加熱溫度、加熱速度、保溫時(shí)間、爐氣成分等。假如加熱不當(dāng),例如加熱溫渡過(guò)高和加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),將會(huì)惹起脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等缺陷。 關(guān)于斷面尺寸大及導(dǎo)熱性差、塑性低的坯料,若加熱速度太快,保溫時(shí)間太短,常常使溫度散布不平均,惹起熱應(yīng)力,并使坯料發(fā)作開(kāi)裂。鍛形成形工藝包括變形方式、變形水平、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)、工模具的情兄和光滑條件等,假如成形工藝不當(dāng),將可能惹起粗大晶粒、晶粒不均、各種裂紋、折疊。寒流、渦流、鑄態(tài)組織殘留等。 鍛后冷卻過(guò)程中,假如工藝不當(dāng)可能惹起冷卻裂紋、白點(diǎn)、網(wǎng)狀碳化物等。

  (四)鍛件組織對(duì)最終熱處置后的組織和性能的影響 奧氏體和鐵素體耐熱不銹鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金等在加熱和冷卻過(guò)程中,沒(méi)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的資料,以及一些銅合金和鈦合金等,在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的組織缺陷用熱處置的方法不能改善。在加熱和冷卻過(guò)程中有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的資料,如構(gòu)造鋼和馬氏體不銹鋼等,由于鍛造工藝不當(dāng)惹起的某些組織缺陷或原資料遺留的某些缺陷,對(duì)熱處置后的鍛件質(zhì)量有很大影響。現(xiàn)舉例闡明如下:

      1)有些鍛件的組織缺陷,在鍛后熱處置時(shí)能夠得到改善,鍛件最終熱處置后仍可取得稱心的組織和性能。例如,在普通過(guò)熱的構(gòu)造鋼鍛件中的粗晶和魏氏組織,過(guò)共析鋼和軸承鋼由于冷卻不當(dāng)惹起的細(xì)微的網(wǎng)狀碳化物等。

      2)有些鍛件的組織缺陷,用正常的熱處置較難消弭,需用高溫正火、重復(fù)正火、低溫合成、高溫?cái)U(kuò)散退火等措施才干得到改善。例如,低倍粗晶、9Cr18不銹鋼的孿晶碳化物等。

      3)有些鍛件的組織缺陷,用普通熱處置工藝不能消弭,結(jié)果使最終熱處置后的鍛件性能降落,以至不合格。例如,嚴(yán)重的石狀斷口和棱面斷口、過(guò)燒、不銹鋼中的鐵素體帶、萊氏體高合金工具鋼中的碳化物網(wǎng)和帶等。

      4)有些鍛件的組織缺陷,在最終熱處置時(shí)將會(huì)進(jìn)一步開(kāi)展,以至惹起開(kāi)裂。例如,合金構(gòu)造鋼鍛件中的粗晶組織,假如鍛后熱處置時(shí)未得到改善,在碳、氮共滲和淬火后常惹起馬氏體針粗大和性能不合格;高速鋼中的粗大帶狀碳化物,淬火經(jīng)常惹起開(kāi)裂。 鍛造過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷及其產(chǎn)生緣由在第二章中將詳細(xì)引見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)指出,各種成形辦法中的常見(jiàn)缺陷和各類(lèi)資料鍛件的主要缺陷都是有其規(guī)律的。不同成形辦法,由于其受力狀況不同,應(yīng)力應(yīng)變特性不一樣,因此可能產(chǎn)生的主要缺陷也是不一樣的。例如,坯料鐓粗時(shí)的主要缺陷是側(cè)外表產(chǎn)生縱向或45°方向的裂紋,錠料鐓粗后上、下端常殘留鑄態(tài)組織等;矩形截面坯料拔長(zhǎng)時(shí)的主要缺陷是外表的橫向裂紋和角裂,內(nèi)部的對(duì)角線裂紋和橫向裂紋;開(kāi)式模鍛時(shí)的主要缺陷則是充不滿、折疊和錯(cuò)移等。各主要成形工序中常見(jiàn)的缺陷將在第四章中細(xì)致引見(jiàn)。 不同品種的資料,由于其成分、組織不同,在加熱、鍛造和冷卻過(guò)程中,其組織變化和力學(xué)行為也不同,因此鍛造工藝不當(dāng)時(shí),可能產(chǎn)生的缺陷也有其特殊性。例如,萊氏體高合金工具鋼鍛件的缺陷主要是碳化物顆粒粗大、散布不平均和裂紋,高溫合金鍛件的缺陷主要是粗晶和裂紋;奧氏體不銹鋼鍛件的缺陷主要是晶間貧鉻,抗晶間腐蝕才能降落,鐵素體帶狀組織和裂紋等;鋁合金鍛件的缺陷主要是粗晶、折疊、渦流、穿流等。

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