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锻造对锻件金属组织、性能的影响及缺陷

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锻造对锻件金属组织、性能的影响及缺陷

发布日期:2018-08-08 作者:威光节能 点击:

锻造对金属组织和性能的影响


锻造生产中,除了必须保证锻件所要求的形状和尺寸外,还必须满足零件在使用过程中 所提出的性能要求,其中主要包括:强度指标、塑性指标、冲击韧度、疲劳强度、断裂初度 和抗应力腐蚀性能等,对高温工作的零件,还有髙温瞬时拉伸性能、持久性能、抗蝤变性能 和热疲劳性能等。


锻造用的原材料是铸锭、轧材、挤材和锻坯。而轧材、挤材和锻坯分别是铸锭经轧制、 挤压及锻造加丁后形成的半成品。锻造生产中,采用合理的工艺和工艺参数,可以通过下列 几方面来改善原材料的组织和性能:


1、打碎柱状晶,改善宏观偏析,把铸态组织变为锻态组织,并在合适的温度和应力条件下,焊合内部孔隙,提高材料的致密度;


2、铸锭经过锻造形成纤维组织,迸一步通过轧制、挤压、模锻使锻件得到合理的纤维方向分布;


3、控制晶粒的大小和均匀度;


4、改善第二相(例如:莱氏体钢中的合金碳化物)的分布;


5、使组织得到形变强化或形变强化等。


由于上述组织的改善,使锻件的塑性、冲击韧度、疲劳强度及持久性能等也随之得到了提高,然后通过零件的最后热处理就能得到零件所要求的硬度、强度和塑性等良好的综合性能。


但是,如果原材料的质量不良或所采用的锻造工艺不合理,则可能产生锻件缺陷,包括表面缺陷、内部缺陷或性能不合格等。


原材料对锻件质量的影响


原材料的良好质置是保证锻件质量的先决条件,如原材料存在缺陷,将影响锻件的成形 过程及锻件的最终质量。


如原材料的化学元素超出规定的范围或杂质元素含量过髙.对锻件的成形和质量都会带 来较大的影响,例如:S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相,使锻件易出现热脆。为了获得本质细晶粒钢,钢中残余铝含置需控制在一定范围内,例如A1酸0.02%〜0.04% (质量分数)。含量过少,起不到控制晶粒泣大的作用,常易使锻件的本质晶粒度不合格;含铝量过多,压力加工时在形成纤维组织的条件下易形成木纹状断口、撕痕状断口等。又如,在奥氏体不锈钢中,n、Si、Al、Mo的含置越多,则轶素体相越多,锻造时愈易形成带状裂纹,并使零件带有磁性。


如原材料内存在缩管残余、皮下起泡、严重碳化物偏析、粗大的非金属夹杂物(夹渣)等缺陷,锻造时易使锻件产生裂纹。原材料内的树枝状晶、严重疏松、非金属夹杂物、白点、氧化膜、偏析带及异金属混人等缺陷,易引起锻件性能下降。原材料的表面裂纹、折叠、结疤、粗晶环等易造成锻件的表面裂纹。


锻造工艺过程对锻件质量的影响


锻造工艺过程一般由以下工序组成,即下料、加热、成形、锻后冷却、酸洗及锻后热处理。锻造过程中如果工艺不当将可能产生一系列的锻件缺陷。


加热工艺包括装炉温度、加热温度、加热速度、保温时间、炉气成分等。如果加热不当,例如加热温度过髙和加热时间过长,将会引起脱碳、过热、过烧等缺陷。


对于断面尺才大及导热性差、塑性低的坏料,若加热速度太快,保温时间太短,往往使温度分布不均勻,引起热应力,并使锻件坯料发生开裂。


锻造成形工艺包括变形方式、变形程度、变形温度、变形速度、应力状态、工模具的情况和润滑条件等,如果成形工艺不当,将可能引起粗大晶粒、晶粒不均、各种裂纹、折迭、穿流、涡流、铸态组织残留等。


锻后冷却过程中,如果工艺不当可能引起冷却裂纹、白点、网状碳化物等。


锻件组织对最终热处理后的组织和性能的影响


奧氏体和铁素体耐热不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金等在加热和冷却过程中,没有同素异构转变的材料,以及一些铜合金和钛合金等,在锻造过程中产生的组织缺陷用热处理的办法不能改善。


在加热和冷却过程中有同素异构转变的材料,如结构钢和马氏体不锈钢等,由于锻造工艺不当引起的某些组织缺陷或原栻料遗留的某些缺陷,对热处理后的锻件质量有很大影响。现举例说明如下:


1、有些锻件的组织缺陷,在锻后热处理时可以得到改善,锻件最终热处理后仍可获得满意的组织和性能。例如,在一般过热的结构钢锻件中的粗晶和魏氏组织,过共析钢和轴承钢由于冷却不当引起的轻微的网状碳化物等。


2、有些锻件的组织缺陷,用正常的热处理较难消除,需用髙温正火、反复正火、低温分解、高温扩散退火等措施才能得到改善。


3、有些锻件的组织缺陷,用一般热处理工艺不能消除,结果使最终热处理后的锻件性能下降,甚至不合格。例如,严重的石状断口和棱面断口、过烧、不锈钢中的铁素体带、莱氏体高合金工具钢中的碳化物网和带等。


4、有些锻件的组织缺陷,在最终热处理时将会进一步发展,甚至引起开裂。例如,合金结构钢锻件中的粗晶组织,如果锻后热处理时未得到改善,在碳、氮共渗和淬火后常引起马氏体粗大和性能不合格;髙速钢中的粗大带状碳化物,淬火时常引起开裂。


不同成形方法,由于其受力情况不同,应力应变特点不一样,因而可能产生的主要缺陷也是不一样的。例如,坯料镦粗时的主要缺陷是侧表面产生纵向或45°方向的裂纹,锭料镦粗只上、下端常残留铸态组织等;矩形截面坯料拔长时的主要缺陷是表面的横向裂纹和角 裂,内部的对角线裂纹和横向裂纹;开式模锻时的主要缺陷则是充不满、折迭和错移等。


不同种类的材料,由于其成分、组织不同,在加热、锻造和冷却过程中,其组织变化和力学行为也不同,因而锻造工艺不当时,可能产生的缺陷也有其特殊性。例如,莱氏体高合金工具钢锻件的缺陷主要是碳化物颗粒粗大、分布不均勻和裂纹,高温合金锻件的缺陷主要是粗晶和裂纹;奥氏体不锈钢锻件的缺陷上要是晶间贫铬,抗晶间腐蚀能力下降,铁素体带状组织和裂纹等;铝合金锻件的缺陷主要是粗晶、折迭、涡流、穿流等。


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