鍛件鍛后冷卻時會有缺陷的原因有哪些?
鍛后冷卻是指結束鍛造后從終鍛溫度冷卻到室溫的過程。鍛造后的鍛件如果冷卻方法選 擇不當,在實際生產(chǎn)中某些鍛件有時會產(chǎn)生裂紋甚至報廢。因此,要重視鍛造后冷卻方式的選擇。對于一般鋼料的小鍛件,鍛后可直接放在地上空冷。對合金鋼鍛件或大型鍛件,則應考慮合金元素含量和斷面尺寸大小來確定合適的冷卻規(guī)范。否則容易產(chǎn)生各種缺陷。鍛后冷卻過程常見的缺陷有:裂紋、白點、網(wǎng)狀碳化物等。
1.裂紋
鍛件鍛后冷卻裂紋是由于冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力引起的,按冷卻時內(nèi)應力產(chǎn)生的原因不同有:溫度應力、組織應力和殘余應力。溫度應力是鍛件在冷卻過程中內(nèi)外溫度不同,造成收縮不一致而產(chǎn)生。冷卻初期表層冷卻快,表面收縮受到心部阻礙,在表面產(chǎn)生拉應力,心部產(chǎn)生壓應力。隨冷卻繼續(xù)進行,如果鍛件為抗力較小的軟鋼,表面微量塑性變形可松弛表面拉應力,冷卻后期,表面溫度降到常溫,心部溫度高,繼續(xù)收縮,表面會阻礙心部的收縮,結果造成表面為壓應力,心部為拉應力。對于抗力大難變形的硬鋼,冷卻初期表面拉應力得不到松弛,到了冷卻后期,心部收縮對表面產(chǎn)生的附加壓應力只能降低一部分表面拉應力,不會使溫度應力方向發(fā)生改變,結果表面仍為拉應力,心部為壓應力。
組織應力是鍛件在冷卻過程中發(fā)生相變,表里發(fā)生相變的時間和相的比體積不同而產(chǎn)生 應力,如馬氏體比容要比奧氏體大,當鍛件表面冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時,表面首先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,而心部仍處于奧氏體態(tài),因此鍛件表面體積膨脹受到心部制約,這時產(chǎn)生的組織應力是表面受壓應力,心部為拉應力。但當心部發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時,心部體積膨脹,受到表面的阻礙,引起表面為拉應力,心部為壓應力。實際生產(chǎn)中鍛件尺寸越大,熱導率越小,溫度應力和組織應力越大。
殘余應力是鍛件在成形過程中,因變形不均勻、加工硬化而引起的應力,未能及時得到再結晶軟化而消除,鍛后仍保留在鍛件中的應力。當這三種應力疊加超過鋼材的強度極限 時,會在鍛件相應部位產(chǎn)生裂紋,如內(nèi)部內(nèi)裂、表層外裂。因此,鍛好的鍛件不能隨意冷卻。
2.白點
鍛件鍛后冷卻不當可能會產(chǎn)生白點,白點是鋼中的氫和內(nèi)應力共同作用在鍛件內(nèi)部形成的一種極細小的脆性裂紋,在鋼的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點。合金鋼中的白點色澤光亮,碳素鋼較暗。白點的尺寸由幾毫米到幾十毫米。從顯微組織上觀察,白點附近區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)塑性變形的痕跡。因此,白點是純脆性的。白點不僅導致力學性能急劇下降, 而且在熱處理淬火時會使零件開裂,或零件在使用過程中發(fā)生延遲破壞而突然斷裂。因此, 鍛件中不允許存在白點缺陷。白點多發(fā)生在珠光體組織和馬氏體組織的合金鋼中,碳素鋼程 度較輕,奧氏體、鐵素體組織的鋼和萊氏體合金鋼極少發(fā)現(xiàn)白點缺陷。為防止白點缺陷,熱處理時可采用鐵素體區(qū)等溫處理,使氫逸出。
3.網(wǎng)狀碳化物
過共析鋼和碳量較高的合金鋼終鍛溫度較高并在鍛后緩冷時,特別是在區(qū)間緩冷,奧氏體將析出大量的二次碳化物,由于碳原子具有較大的活動能力和足夠的時間擴散到晶界,便沿著奧氏體晶界形成網(wǎng)狀碳化物。當網(wǎng)狀碳化物較嚴重時,用一般熱處理方法不易消除,使材料的沖擊韌性降低,熱處理淬火時常引起龜裂。
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