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锻造有哪些缺点

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-08-20 13:31:26    浏览次数:440    评论:0
导读

锻造不锈钢与锻造其他合金钢一样,操作不发或模具结构设计欠佳,会造成折叠、拉裂、表面鳞伤、十字裂纹、压伤等。1.模具结构设

 锻造不锈钢与锻造其他合金钢一样,操作不发或模具结构设计欠佳,会造成折叠、拉裂、表面鳞伤、十字裂纹、压伤等。
 
1.模具结构设计不当引起的锻造裂纹
图16所示为Cr17Ni2不锈钢后轴颈锻件由于模具设计不当,引起喇叭口底部圆弧形裂纹。这时,喇叭口底部平直,塑性变形时,难变形区较大,金属的激烈流动区与难变形区之间产生较大的剪切应力,加之模具润滑不良造成此类裂纹。将喇叭口底部平直部分改为圆球形,可避免此类裂纹。
 
2.金属流动过快、毛坯表面缺陷引起的锻造裂纹
金属流动过快,会产生局部过热,导致局部出现δ铁素体过多,加之模具圆角半径太小,往往在转角处形成裂纹。
马氏体钢对表面缺陷敏感,若锻造表面有划伤的坯料,会扩展成裂缝。锻前应车去表面缺陷。
不锈钢因塑性较差,在自由锻拔长时,若送进量过大,在横截面的对角线上产生很大的交变剪切应力,从而形成十字形裂纹。
 
1.内缺陷的白点,即热加工后钢的纵断面上有表面光滑的银白色斑点,形状是圆或椭圆。严重影响工件的延伸率、断面收缩率与冲击韧性。
 
2.由于锻件不当,出现鸡爪形或人字形的内裂纹,还会出现细微的裂纹,破坏了金属的连续性。当工件受高负荷,特别是反复载荷时回早期破坏。
 
3.表面缺陷有表面结疤,使工件容易产生应力集中而引起疲劳断裂。产生的毛刺或划痕回影响车加工的正确装夹和效率,严重的划痕会降低钢的强度,并导致产生裂纹。
 
4.辗扩产生的端面凹心,使车加工车削量加大或造成锻件报废。
 
1.氧化铍:氧化铍不仅损失大量钢材,而且降低锻件的表面质量和锻模的使用寿命,若压入金属内部,会造成锻件报废。不清除氧化铍会影响车加工。
 
2.脱碳:脱碳是指钢表面的碳全部或部分被烧掉的现象。脱碳使工件表面出现软点,降低表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。
 
3.过热和过烧:过热指钢在加热中超过允许的温度之后,使晶粒长的粗大。过热不利于热处理,使钢变脆和机械性能降低,但可通过锻后正火或退火来消除。过烧指由于加热时间太长,温度太高,使金属出现氧化物或局部熔化的现象。过烧无法补救。
 
4.出现应力:由于金属内、外受热有差异,膨胀不匀,产生内应力,称热应力。加热引起金相组织的先后变化也造成应力,称组织应力。这都会使工件在加热中产生裂纹,引起车加工后工件产生裂纹而报废。
 
5.横断面出现断口:这种缺陷破坏了钢的化学成分和组织均匀性,使淬火硬度降低,机械性能变坏。若退火时温度过高而造成石墨断面,将不易切削加工且使淬火时过热和变形。但退火时若欠热或温度偏低,则珠光体未能完全球化,也不利于切削和后来的热处理。
 
6.硬而脆的网状碳化物:它削弱了晶料间的结合力,使机械性能显著变差,尤其使冲击韧性降低,但可通过正火来改善或消除。若出现带状碳化物,会使淬火和回火后的硬度及组织不均,且容易变形,这也是珠光体与铁素体沿加工变形方向出现带状组织的一种缺陷。同时,它还会降低钢的塑性和韧性,使车加工尺寸不稳定,刀具迅速磨损。
 
锻造用的原材料为铸锭、轧材、挤材及锻坯。而轧材、挤材及锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工成的半成品。一般情况下,铸锭的内部缺陷或表面缺陷的出现有时是不可避免的。例如,内部的成分与组织偏析等。原材料存在的各种缺陷,不仅会影响锻件的成形,而且将影响锻件的最终质量。因此,千万不可忽视原材料的质量控制工作。
 
 
 
由于原材料的缺陷造成的锻件缺陷通常有:
 
1.表面裂纹
表面裂纹多发生在轧制棒材和锻制棒材上,一般呈直线形状,和轧制或锻造的主变形方向一致。造成这种缺陷的原因很多,例如钢锭内的皮下气泡在轧制时一面沿变形方向伸长,一面暴露到表面上和向内部深处发展。又如在轧制时,坯料的表面如被划伤,冷却时将造成应力集中,从而可能沿划痕开裂等等。这种裂纹若在锻造前不去掉,锻造时便可能扩展引起锻件裂纹。
 
2.折叠
折叠形成的原因是当金属坯料在轧制过程中,由于轧辊上的型槽定径不正确,或因型槽磨损面产生的毛刺在轧制时被卷入,形成和材料表面成一定倾角的折缝。对钢材,折缝内有氧化铁夹杂,四周有脱碳。折叠若在锻造前不去掉,可能引起锻件折叠或开裂。
 
3.结疤
结疤是在轧材表面局部区域的一层可剥落的薄膜。
结疤的形成是由于浇铸时钢液飞溅而凝结在钢锭表面,轧制时被压成薄膜,贴附在轧材的表面,即为结疤。锻后锻件经酸洗清理,薄膜将会剥落而成为锻件表面缺陷。
 
4.层状断口
层状断口的特征是其断口或断面与折断了的石板、树皮很相似。层状断口多发生在合金钢(铬镍钢、铬镍钨钢等),碳钢中也有发现。
这种缺陷的产生是由于钢中存在的非金属夹杂物、枝晶偏析以及气孔疏松等缺陷,在锻、轧过程中沿轧制方向被拉长,使钢材呈片层状。如果杂质过多,锻造就有分层破裂的危险。层状断口越严重,钢的塑性、韧性越差,尤其是横向力学性能很低,所以钢材如具有明显的层片状缺陷是不合格的。
 
5.亮线(亮区)
亮线是在纵向断口上呈现结晶发亮的有反射能力的细条线,多数贯穿整个断口,大多数产生在轴心部分。
亮线主要是由于合金偏析造成的。轻微的亮线对力学性能影响不大,严重的亮线将明显降低材料的塑性和韧性。
 
6.非金属夹杂
非金属夹杂物主要是熔炼或浇铸的钢水冷却过程中由于成分之间或金属与炉气、容器之间的化学反应形成的。另外,在金属熔炼和浇铸时,由于耐火材料落入钢液中,也能形成夹杂物,这种夹杂物统称夹渣。在锻件的横断面上,非金属夹杂可以呈点状、片状、链状或团块状分布。严重的夹杂物容易引起锻件开裂或降低材料的使用性能。
 
7.碳化物偏析
碳化物偏析经常在含碳高的合金钢中出现。其特征是在局部区域有较多的碳化物聚集。它主要是钢中的莱氏体共晶碳化物和二次网状碳化物,在开坯和轧制时未被打碎和均匀分布造成的。碳化物偏析将降低钢的锻造变形性能,易引起锻件开裂。锻件热处理淬火时容易局部过热、过烧和淬裂。制成的刀具使用时刃口易崩裂。
 
8.铝合金氧化膜
铝合金氧化膜一般多位于模锻件的腹板上和分模面附近。在低倍组织上呈微细的裂口,在高倍组织上呈涡纹状,在断口上的特征可分两类:其一,呈平整的片状,颜色从银灰色、浅黄色直至褐色、暗褐色;其二,呈细小密集而带闪光的点状物。
铝合金氧化膜是熔铸过程中敞露的熔体液面与大气中的水蒸气或其它金属氧化物相互作用时所形成的氧化膜在转铸过程中被卷人液体金属的内部形成的。
锻件和模锻件中的氧化膜对纵向力学性能无明显影响,但对高度方向力学性能影响较大,它降低了高度方向强度性能,特别是高度方向的伸长率、冲击韧度和高度方向抗腐蚀性能。
 
9.白点
白点的主要特征是在钢坯的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点,在横向断口上呈细小的裂纹。白点的大小不一,长度由1~20mm或更长。
白点在镍铬钢、镍铬钼钢等合金钢中常见,普通碳钢中也有发现,是隐藏在内部的缺陷。
白点是在氢和相变时的组织应力以及热应力的共同作用下产生的,当钢中含氢量较多和热压力加工后冷却(或锻后热处理)太快时较易产生。
用带有白点的钢锻造出来的锻件,在热处理时(淬火)易发生龟裂,有时甚至成块掉下。白点降低钢的塑性和零件的强度,是应力集中点,它像尖锐的切刀一样,在交变载荷的作用下,很容易变成疲劳裂纹而导致疲劳破坏。所以锻造原材料中绝对不允许有白点。
 
10.粗晶环
粗晶环常常是铝合金或镁合金挤压棒材上存在的缺陷。
经热处理后供应的铝、镁合金的挤压棒材,在其圆断面的外层常常有粗晶环。粗晶环的厚度,由挤压时的始端到末端是逐渐增加的。若挤压时的润滑条件良好,则在热处理后可以减小或避免粗晶环。反之,环的厚度会增加。
 
粗晶环的产生原因与很多因素有关。但主要因素是由于挤压过程中金属与挤压筒之间产生的摩擦。这种摩擦致使挤出来的棒材横断面的外表层晶粒要比棒材中心处晶粒的破碎程度大得多。但是由于筒壁的影响,此区温度低,挤压时未能完全再结晶,淬火加热时未再结晶的晶粒再结晶并长大吞并已经再结晶的晶粒,于是在表层形成了粗晶环。
有粗晶环的坯料锻造时容易开裂,如粗晶环保留在锻件表层,则将降低零件的性能。有粗晶环缺陷的坯料,在锻造前必需将粗晶环车去。
 
11.缩管残余
缩管残余一般是由于钢锭冒口部分产生的集中缩孔未切除干净,开坯和轧制时残留在钢材内部而产生的。
缩管残余附近区域一般会出现密集的夹杂物、疏松或偏析。在横向低倍中呈不规则的皱折的缝隙。锻造时或热处理时易引起锻件开裂。
 
(文/小编)
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