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⒈有的表现在锻件外观方面:如外部裂纹、折迭、折皱、未充满或缺肉、压坑、表面粗糙或桔皮等;
⒉有的表现在锻件内部:如各种低倍组织缺陷,如裂纹、发纹、疏松、粗晶、表面脱碳、非金属夹杂和异金属夹杂、白点、偏析、树枝状结晶、缩管残余、流线紊乱、有色金属的穿流、粗晶环、氧化膜等;
⒊有的反映在微观组织方面:如第二相的析出等;
⒋有的起重机车轮锻件质量问题反映在锻件性能方面:如室温强度或塑性、韧性、疲劳性能等不合格,瞬时强度、持久强度和持久塑性、蠕变强度等高温性能或冷热疲劳性能等不符合使用要求;
⒌无论表现在起重机车轮锻件外部的,或是表现在起重机车轮锻件内部和性能方面的质量问题:它们之间的大多数情况下是互为影响的,往往是互相联系、伴随产生和恶性循环的。例如,过热或过烧通常会造成晶粒粗大、锻造裂纹、表面脱碳以及塑性、韧性等机械性能降低等缺陷;材质内部有夹杂则可能引起内部裂纹,内裂纹的进一步扩大与发展就可能暴露为锻件表面裂纹。
技术谈谈锻造与轧制的区别
关于2Cr13锻件锻造裂纹的分析:
(一)质量问题
某厂生产的2Cr13不锈钢锻件质量不稳定,锻造过程中经常出现裂纹,废品率有时高达50%-60%。
(二)缺陷分析
经了解,该厂生产的2Cr13不锈钢锻件的锻造工艺规范如下:
加热(1050-1180℃、保温25-50min)一自由锻制坯一酸洗一吹砂--加热(1050—1180℃)—模锻—酸洗—吹砂—加热(900-1000℃)—矫正—退火(860℃)—酸洗—吹砂--调质。
为了查明原因,解决上述问题,进行了三批试验,山西永鑫生锻造,目的是探讨锻造加热温度和加热时间对裂纹的影响。
第一批试验,选用了两种锻造温度和两种保温时间,于油炉内加热,在400kg空气锤上迸行自由锻造。
由上述试验可知:锻造加热温度越高,保温时间越长,出现裂纹的倾向越大。
从高倍组织可见,1180℃保温1OOmin,裂纹沿晶界延伸,晶粒粗大(为1-3级,个别为0级),晶界加粗,有氧化点,个别晶界已开始熔化,断口粗糙。1120℃保温lOOmin和1180℃保温50min及lOOmin,表面脱碳严重。
为厂使试验更准确,在电炉内加热做了第二批试验,采用四种不同温度和一种保温时间。
根据上述两批试验可知,锻造温度过高、保温时间过长是造成锻件裂纹的主要因素之一。加热温度过高,造成过热,甚至出现铁素体使锻件的塑性下降;加热时间过长,表面氧化脱碳严重,促使高温铁素体过早地在表面形成,因而使锻件表面塑性大大降低。(三)防止对策
经过上述试验分析,将原工艺规范作了如下修改:
1)预热(800-900℃在炉门口,保温10-15min)—加热(10501180℃ 保温25-50min)—自由锻制坯—吹砂—预热(800-900℃在炉门口,保温10-15min)—加热 (1050-1150℃ 保温25-50min)—模锻—退火(740℃±20℃保温3h)—矫正—退火(860℃)—酸洗?吹砂。
2)预热(800-900℃在炉门口,保温10-15min)—加热(1050-1150℃ 保温25-50min)—锻造—吹砂—矫正—退火(860℃)—酸洗—吹砂。
新工艺规范1)适合两次成形锻件,新工艺规范2)适合一次成形锻件。与原工艺规范比较,可知新工艺规范有如下特点:
1)锻造始锻温度降低,即由1180℃下降为1150℃。
2)增加预热(温度为800-900℃,保温10-15min)。
3)自由锻后取消酸洗(在未退火情况下)。
4)模锻后取消酸洗(在未退火情况下)。
5)模锻后增加退火,消除内应力。
根据新工艺规范,结合现场生产,做了第三批试验。试验证明了新规范的合理性。
C54020-01锻件未自由锻,一次模锻成形,共试验128件,两个炉号未退火,全部吹砂,也未发现裂纹。
试验证明,加热温度和加热时间适当是免除锻造裂纹的因素之一。而锻后对零件及时退火是消除裂纹的重要因素。2Cr13锻件锻后如不及时退火、消除组织应力,则经过强酸腐蚀 往往出现腐蚀裂纹。
42CrMo小连杆(锻件)加工后发现裂纹,是什么原因?
1、轧制
轧制:将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状),因受轧辊的压缩使材料截面减小,长度增加的压力加工方法,这是生产钢材最常用的生产方式,主要用来生产型材、板材、管材。
轧制方式按轧件运动分有:纵轧、横轧、斜轧。
纵轧过程就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过,并在其间产生塑性变形的过程。
横轧:轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致。
斜轧:轧件作螺旋运动,轧件与轧辊轴线非特角。
优点:
可以破坏钢锭的铸造组织,细化钢材的晶粒,并消除显微组织的缺陷,从而使钢组织密实,力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上,从而使钢在一定程度上不再是各向同性;浇注时形成的气泡、裂纹和疏松,也可在高温和压力作用下被焊合。
缺点:
1、经过轧制之后,钢内部的非金属夹杂物(主要是硫化物和氧化物,还有硅酸盐)被压成薄片,出现分层(夹层)现象。分层使钢沿厚度方向受拉的性能大大恶化,并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍,比荷载引起的应变大得多。
2、不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力,各种截面的热轧型钢都有这类残余应力,一般型钢截面尺寸越大,残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的,但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。
3、热轧的钢产品,对于厚度和边宽这方面不好控制。我们熟知热胀冷缩,由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标,最后冷却后还是会出现一定的负差,这种负差边宽越宽,厚度越厚表现的越明显。所以对于大号的钢材,对于钢材的边宽、厚度、长度,角度,以及边线都没法要求太精确。
2、锻造
锻造:是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。
锻造可分为自由锻、模锻、闭式模锻
1、自由锻。利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁(砧块)间产生变形以获得所需锻件,主要有手工锻造和机械锻造两种。
2、模锻。模锻又分为开式模锻和闭式模锻.金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件,又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。
3、 闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边,材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边,锻件的受力面积就减少,所需要的荷载也减少。但是,应注意不能使坯料完全受到限制,为此要严格控制坯料的体积,控制锻模的相对位置和对锻件进行测量,努力减少锻模的磨损。
特点:
锻造与铸件相比,金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶,使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属的塑性和力学性能。
铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外,锻造加工能保证金属纤维组织的连续性,使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致,金属流线完整,可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件,都是铸件所无法比拟的。
锻件与轧件的比较:
(1)锻件的轴向和径向力学性能差异较轧件差异小,也就是说,锻件的各向同性要远远高于轧件的各向同性,所以说锻件的寿命要远远高于轧件。
(2)从变成程度上说,锻件的变形程度远大于轧件的变形程度,也就是说通过锻造破碎共晶碳化物的效果要优于轧制的破碎效果。
(3)从加工成本上说,锻造的成本要远高于轧制的成本,对于一些关键件、承受较大载荷或冲击的工件、形状复杂或要求非常严格的工件,还是必须要采用锻造的工艺进行加工的。
(4)锻件具有完整的金属流线,通过轧制后再机械工破坏了金属流线的完整性,极大程度上缩短了工件的寿命。
发现裂纹的原因如下:
(1)成分偏析。42CrMo钢属于中碳合金结构钢,其原材料常存在带状偏析。当经过热压力加工(锻、轧)后,仍保留有成分偏析,经860℃淬火后将出现B上+M混合组织,而B上的冲击韧性是很差的,这种偏析可从退火组织中看到。从42CrMo带状成分偏析能谱分析结果中可以看到铁素体带中的Mo含量比珠光体带中Mo含量高5~6倍,偏析条纹内某些元素的富集十分严重。
(2)气体和夹杂物。42CrMo钢尤其是大截面的原材料中不可避免地含有气体和夹杂物,对中碳合金结构钢而言,由于碳和合金元素的偏析,即使残余含氢量在1.5~2.0ppm,也可能导致锻件在偏析处产生开裂。此外,铝元素的存在对钢也有害:在酸性钢中,当铝含量>0.005%时,铝在脱氧时形成了具有锐角的氧化物,会大大降低这种钢的塑性;在碱性钢中,当铝含量>0.1%时,铝在钢中形成了沿晶界分布的氮化铝,使钢的室温塑性降低。
(3)锻造温度。由于42CrMo钢内部有偏析,当42CrMo钢在氧化性气氛中加热接近固相线,如42CrMo钢始锻温度在1200~1220℃,在此高温持续时间过长就容易产生析出物或杂质等,偏析的晶界因熔点低就有可能开始熔化,氧通过熔化了的晶界侵入并在晶界上形成氧化物,这样会产生局部过烧,形成随后热加工中的重大缺陷之一。
(4)锻造比。当锻造比不足,工件中心变形小,偏析和钢锭原铸态组织仍局部保留,常见的就是钢材的偏析、疏松、微孔等缺陷,粗晶也是最常见的缺陷。锻比过大,机械性能异向性增大,横向机械性能降低较多。
42CrMo钢因锻造工艺、热处理工艺等问题,淬火后获得混合组织和复杂的应力分布,工件常常成批开裂或较多地开裂;42CrMo钢锻件经Ac1~Ac3两相区加热淬火,得到马氏体、铁素体的复合组织,消除了常规淬火断口上出现的二次裂纹,马氏体和铁素体构成的复合组织具有最佳强韧性配合;不论42CrMo钢以何种原始状态进行亚温淬火、高温回火后的冲击韧度均明显优于常规调质;对易开裂锻件采用可控气体多用炉进行等温淬火、高温回火、更为稳妥。
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