大零件的鍛造工藝及熱處理工藝

0生產中常見故事的缺陷和預防董材料的質量與原材料的質量（即重量的鐵屑）、精煉和加熱技術密切相關。現僅就生產中經常發現的缺陷和預防措施作一概括分析。鍛件主要缺陷有:內部組織偏析、夾雜、白點、粗晶、表裂;此外還有因折迭、內裂、龜裂、鋼錠沿橫斷面裂或者因組織不合要求而報廢的,或者軸承鋼網狀碳化物超級等。1鋼錠中殘余物的降解非金屬夾雜物主要是指原材料帶來的硫化物、氧化物和硅酸鹽等,即在冶煉澆注過程中由化學反應形成的夾雜物及在金屬熔煉和澆注時耐火材料或沙子等外來夾雜物落入鋼錠中所形成的不溶解于基體金屬的非金屬夾雜物,經過加熱、冷卻熱處理后仍不能消失。鋼錠中非金屬夾雜物的含量、分布與冶煉鋼錠有關,鍛造只能使其分散,即分布趨于均勻細小,而不能減化其數量。1.1從鋼錠中夾夾物的分布情況分析(1)非金屬夾雜物除了使鍛件性能降低之外,也會引起鍛件表面裂紋。如35CrMo在鍛造中間工序產生裂紋,這在很大程度上是由于晶界上分布的低熔點夾雜(如硫化物等)過多,鍛造時引起熱脆現象致使斷裂而降低了鋼錠的鍛造性能。(2)在夾雜的含量、種類、大小、分布狀況等諸因素中,以夾雜的大小和分布對鍛件的影響最大。鍛件斷裂處夾雜多呈鏈狀或團狀存在。(3)夾雜物在鋼錠中的分布不均勻,危害較大的主要分布在鋼錠底部的負偏析區,即錠身和冒口的交界處(距冒口線300mm~500mm)。根據以上分析,減少夾雜物的根本途徑是在冶煉澆注過程中盡量減少夾雜物的來源,對鋼錠中已經形成的夾雜應盡量使其上浮至冒口區。在鍛造過程中雖不能消除鋼中夾雜,但可利用合理的鍛造工藝使粗大的夾雜減少,使密集的夾雜分散,以減少其危害。1.2鋼錠中心夾層的鑄造工藝(1)對于重要零件,在鋼錠加熱時進行高溫擴散退火。這是非常有效的,因為夾雜多伴隨著偏析。(2)變形過程中,采用滿砧送料,大壓下量鍛造,有利于鋼錠中心夾雜產生變形而后空隙焊合,可能時采用“寬砧”鍛造。(3)造成有利于鍛合缺陷的壓應力狀態。(4)根據零件的受力情況及對纖維分布的要求,采用相應的鍛造工藝。例如同時要求軸向和切向性能時,需要鐓粗—拔長工序。(5)水口端、冒口端要有足夠的切除量。(6)盡量使鐓粗比增大,最好達到i=2。(7)選適當的鍛造比。2機械性能及理化性能金屬材料的晶粒大小不是一成不變的。由于經受的工藝過程不同,晶粒大小與形狀可在很大范圍內變化,因此對機械性能及理化性能帶來很大影響。一般情況下,隨著晶粒細化,鋼的屈服強度、疲勞強度提高,同時具有很高的塑性和沖擊韌性。在發現粗晶的鍛件中,從機械性能試驗的結果看強度指標下降不多,而塑性指標明顯下降,尤其是沖擊韌性,由4.5kg·m/cm2~4.0kg·m/cm2下降至1.5kg·m/cm2左右。2.1影響晶體生產速度和長度的基本概念2.1.1加熱溫度影響在加熱條件下,原子的活動能力增加,隨著加熱溫度升高,原子的擴散能力不斷增強,晶粒長大的趨勢加劇,細晶粒極易變為粗晶粒,即加熱溫度愈高,粗晶愈嚴重。2.1.2保溫時間高溫保溫時間愈長,粗晶現象愈嚴重,但較加熱溫度影響小。2.1.3變形程度粗晶可以通過熱變形消除,原始加熱溫度愈高,所需變形程度愈大,一旦發現粗晶,對于有相變的鋼,可以用相應的熱處理予以改善。2.2避免使用厚晶措施(1)比鋼坯及預應力鋼坯可當鋼錠凝固時,得到的原始晶粒組織比較穩定,過熱傾向少,其始鍛溫度比同種鋼坯及鋼材可高20℃~50℃。保溫時間不宜過長,要根據錠型確定合理的保溫時間。(2)塑料變形可以打破厚體的晶體，細化組織，去除厚晶體因此,鍛造時的變形是消除粗晶的有效措施。2.3晶粒大、變形小、最適加工的工藝(1)鍛造過程中應盡量避免出現鍛件上只加熱而不變形的部分。(2)在決定最后一次的加熱溫度時,要根據剩余變形量(剩余鍛比大小)決定,以免由于終鍛溫度過高,引起晶粒粗大,變形程度過小,鍛造變形力又傳遞不到鍛件中心。一般認為:鍛比在1.3~1.5時,最高加熱溫度1120℃~1150℃;鍛比在1.1~1.3時,最高加熱溫度1000℃~1050℃;鍛比<1.1時,最高加熱溫度950℃~1000℃。在鍛造變形時,應避免小壓下量變形工藝。(3)鍛件檢驗中發現粗晶時,對于已經達到要求的尺寸和變形,可采用熱處理方法消除。對探傷發現粗晶的鍛件進行再次正火處理,晶粒度能有明顯的改善,可采用高溫正火或正常正火溫度下進行一次或二次熱處理。3鍛后冷卻工藝產生白點缺陷的鍛件材質主要是合金結構鋼。從發現白點的情況看偶然性強,雖然數量不多,也值得對鍛后冷卻工藝進行分析。白點是由鋼中的氫氣和組織應力共同作用產生的。要消除白點就應設法除氫和消除組織應力,除氫的根本措施是從冶煉工藝開始,如冶煉過程中氫的質量分數超過2×10-6,就要在鍛后制定去氫的冷卻規范,決不允許鍛后直接冷卻到室溫。3.1縮短熱處理周期(1)過冷溫度控制不當,因為產生白點多在150℃~300℃之間。(2)熱處理工藝是針對一般的含氫量制定的,因有些鋼在冶煉過程中含氫量較高,以致使原熱處理工藝不能滿足去氫的需要。(3)不應過分強調縮短熱處理周期而縮短回火保溫時間。從統計資料看,白點多發生在鍛件中心部位,原因是去氫時間不足。3.2溫度擴散速度為更有效地預防白點,應對熱處理工藝作如下改進:(1)適當增加過冷溫度保溫時間,氫在該溫度擴散速度最大,效果最好,原則是3h/100mm。(2)等溫保溫時間在過冷的基礎上可以縮短,一般取5h/100mm~6h/100mm。因為從實踐和資料看,在這一階段擴散出的氫并不多,主要的目的是消除由于過冷而產生的組織應力。4其他缺陷4.1但是，4.1.1過燒，產生過燒過燒是在晶粒邊界出現熔化。一般在氧化氣氛中加熱的鋼錠由于高溫狀態氧化更劇烈,以及氧化過程中的放熱,使鋼錠表面溫度比爐溫高,從而產生過燒。因過燒而產生的裂紋是短粗的裂口,不規則地密布于鍛件表面,裂紋內有氧化現象,兩側脫碳嚴重,晶粒也很粗大。因過燒而產生的裂紋在生產中曾偶爾發生,但如果在加熱過程中使爐內溫度盡量均勻,特別是不使火焰直接噴向坯料表面,是完全可以避免的。現行的預防措施是:①注意裝爐位置合理;②改造加熱爐體結構,改變燒嘴高低位置使噴出火焰分散。4.1.2氧化鐵流體氧化法若鋼中含銅量過高(超過0.2%),在高溫鍛造時會在表面產生網狀裂紋。這是由于銅較鐵難以氧化,而且擴散過程很慢,因此在氧化鐵皮下形成一層富銅的金屬層,當加熱溫度超過1100℃時,富銅的金屬熔化并滲到鋼的晶粒邊界,晶粒之間聯系減弱而在熱變形時金屬表面便產生網狀裂紋。4.2預應力筋范圍及碳化物對終鍛溫度的影響對軋輥鋼(9Cr型)和軸承鋼,在鍛造過程中應盡量避免產生嚴重的網狀碳化物。尤其是用來制作軸承圈的軸承鋼,因為軸承圈在工作時承受著點或線高度集中的周期變化載荷,容易產生疲勞和磨損。所以要求有高的、均勻的強度和硬度,這就必須使軸承鋼的組織均勻,不應有網狀碳化物,