大锻件内部微裂纹成因与控制

合集下载

铸件裂纹和六种铸件常见缺陷的产生原因及防止方法

铸件裂纹和六种铸件常见缺陷的产生原因及防止方法

铸件裂纹和六种铸件常见缺陷的产生原因及防止方法铸件裂痕主要分为两类,热裂和冷裂!热裂热裂是裂纹外形弯弯曲曲,断口很不规则呈藕断丝连状,而且表面较宽,越到里面越窄,属热裂其机理是:钢水注入型腔后开始冷凝,当结晶骨架已经形成并开始线收缩后,由于此时内部钢水并未完成凝固成固态使收缩受阻,铸件中就会产生应力或塑性变形,当它们超过在此高温下的材质强度极限时,铸件就会开裂。

热裂纹的形貌和特征热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下,因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。

热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。

热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展,其形状粗细不均,曲折而不规则。

裂纹的表面呈氧化色,无金属光泽。

铸钢件裂纹表面近似黑色,而铝合金则呈暗灰色。

外裂纹肉眼可见,可根据外形和断口特征与冷裂区分。

热裂纹又可分为外裂纹和内裂纹。

在铸件表面可以看到的热裂纹称为外裂纹。

外裂纹常产生在铸件的拐角处、截面厚度急剧变化处或局部疑固缓慢处、容易产生应力集中的地方。

其特征是表面宽内部窄,呈撕裂状。

有时断口会贯穿整个铸件断面。

热裂纹的另一特征是裂纹沿晶粒边界分布。

内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位裂纹形状很不规则,断面常伴有树枝晶,通常情况下,内裂纹不会延伸到铸件表面。

热裂纹形成的原因形成热裂纹的理论原因和实际原因很多,但根本原因是铸件的凝固方式和凝固时期铸件的热应力和收缩应力。

液体金属浇入到铸型后,热量散失主要是通过型壁,所以,凝固总是从铸件表面开始。

当凝固后期出现大量的枝晶并搭接成完整的骨架时,固态收缩开始产生。

但此时枝晶之间还存在一层尚未凝固舶液体金属薄膜(液膜),如果铸件收缩不受任何阻碍,那么枝晶骨架可以自由收缩,不受力的作用。

当枝晶骨架的收缩受到砂型或砂芯等的阻碍时,不能自由收缩就会产生拉应力。

当拉应力超过其材料强度极限时,枝晶之间就会产生开裂。

如果枝晶骨架被拉开的速度很慢,而且被拉开部分周围有足够的金属液及时流入拉裂处并补充,那么铸件不会产生热裂纹。

大型锻件中常见的缺陷与对策大全

大型锻件中常见的缺陷与对策大全

大型锻件中常见的缺陷与对策大全摘要:I.引言- 大型锻件的应用背景- 锻造过程中常见缺陷概述II.大型锻件中的常见缺陷- 锻造裂纹- 夹杂物- 疏松- 偏析- 折叠III.大型锻件缺陷的对策- 针对锻造裂纹的对策- 针对夹杂物的对策- 针对疏松的对策- 针对偏析的对策- 针对折叠的对策IV.结论- 总结大型锻件中常见缺陷及对策- 强调质量控制的重要性正文:I.引言大型锻件广泛应用于航空、航天、能源等各个领域,其质量直接影响着设备的运行安全和可靠性。

在锻造过程中,由于各种原因,锻件中常会出现一些缺陷,如锻造裂纹、夹杂物、疏松、偏析和折叠等。

针对这些缺陷,本文将对大型锻件中的常见缺陷及对策进行探讨。

II.大型锻件中的常见缺陷1.锻造裂纹锻造裂纹是锻件中最常见的缺陷之一,主要由于锻造过程中金属的塑性变形不均匀,内部应力过大而产生。

裂纹可能出现在锻件的表面或内部,对锻件的使用性能产生严重影响。

2.夹杂物夹杂物是指在锻造过程中,金属中混入的氧化物、硅酸盐等非金属杂质。

夹杂物会影响锻件的力学性能和耐腐蚀性能,甚至导致锻件在使用过程中断裂。

3.疏松疏松是指锻件中出现的孔洞或疏松区域,通常由于金属在锻造过程中未完全充填模腔而产生。

疏松会降低锻件的强度和韧性,严重影响锻件的使用性能。

4.偏析偏析是指金属中某些元素或化合物在锻件中分布不均匀的现象。

偏析会导致锻件的性能不均匀,可能出现局部脆弱、疲劳裂纹等问题。

5.折叠折叠是指锻件在锻造过程中产生的折叠状缺陷,通常由于金属在流动过程中受阻或变形不充分而产生。

折叠会降低锻件的强度和韧性,影响锻件的使用性能。

III.大型锻件缺陷的对策1.针对锻造裂纹的对策- 优化锻造工艺,降低金属的内部应力- 严格控制锻造温度,避免过热或过冷- 合理设计模具,确保金属塑性变形均匀2.针对夹杂物的对策- 提高金属原料的质量,减少夹杂物的含量- 采用净化熔炼技术,降低金属中的杂质含量- 合理选择锻造工艺,避免金属氧化和硅酸盐形成3.针对疏松的对策- 提高锻造速度和变形程度,使金属充分充填模腔- 优化模具设计,确保金属流动畅通- 严格控制锻造过程中的润滑剂和冷却剂使用4.针对偏析的对策- 优化金属成分,控制元素含量和分布- 采用均匀化热处理工艺,改善金属的分布状态- 严格控制锻造过程中的温度梯度和冷却速度5.针对折叠的对策- 优化锻造工艺,确保金属流动顺畅- 合理设计模具,避免金属受阻和变形不充分- 严格控制锻造过程中的力度和速度IV.结论大型锻件中的常见缺陷及对策是锻造过程中需要关注的重要问题。

锻造裂纹的分析与防治研究

锻造裂纹的分析与防治研究

锻造裂纹的分析与防治研究裂纹是当前影响锻造生产发展和锻件质量的突出问题,也是锻造行业研究讨论的热点、难点课题。

随着科技的进步、社会经济的发展,新机器、新材料广泛应用,锻造中的新问题也不断涌现,比如高合金钢应用逐年增多,锻造裂纹频发也进一步突现,有的已经成为制约锻造生产发展的关键,引起了锻造厂家的普遍关注。

1 锻造裂纹特征、产生的原因传统的力学与材料学理论都认为裂纹由形核、扩展、微裂纹聚合直至断裂,是一个不可逆的热力学过程。

根据现有理论,在大型锻件的生产、使用、维护,乃至损伤容限评估等各方面,人们都假定微裂纹发展的必然趋势就是断裂。

实际上,任何成份与结构不均质,包括含微裂纹 ) 的材料,在热力学许可的条件下,都将趋于均匀化,这也同样是热力学的基本原理。

锻造裂纹的宏观特征 : 裂纹主要出现在锻造侧面的弧形处,裂纹比较粗大,一般以多条、多种特征的形式存在,无明显细尖端,比较圆钝,无明显的方向性,有时会出现一些较细的锻造裂纹。

肉眼可见裂纹走向基本都始于锻造面,呈垂直状或螺旋状向另一侧延伸,甚至有些锻造裂纹贯穿上下锻造面。

热处理裂纹的宏观特征: 裂纹刚健挺直,呈穿晶分布,起始点较宽,尾部细长曲折,常发生在工件的棱角槽口、截面突变处。

锻造过程 ( 包括加热、冷却 ) 中裂纹的产生与金属的受力情况、组织结构、变形温度和变形速度等有关。

除了工具给予工件的作用外,还有变形不均匀和变形速度不同引起的附加应力、温度不均匀引起的热应力和组织转变不同产生的组织应力。

金属的组织结构是裂纹产生和扩展的内部依据 ; 应力状态、变形速度和变形温度是裂纹产生和扩展的外部条件,通过对金属组织和微观机制的影响而对裂纹的发生和扩展发生作用。

4 修复内裂表明的原理和方法超声波探伤表明,大锻件内部存在裂纹与类孔隙缺陷是造成废品的重要原因,其中多数是由于坯料内部存在有疏松、夹杂物、粗晶和裂纹。

它们由于局部的不均匀变形,在巨大的集中应力和剪应力作用下,导致难以锻合、压实和生成变形损伤。

铸造裂纹产生的原因和避免的措施

铸造裂纹产生的原因和避免的措施

铸造裂纹产生的原因和避免的措施铸造是一种重要的金属成型工艺,广泛应用于汽车、航空、航天、军工等领域。

然而,铸造件在生产中常常会出现裂纹缺陷,导致产品质量下降,甚至造成安全事故。

本文将就铸造裂纹的产生原因和避免措施进行简要介绍。

铸造裂纹产生的原因铸造裂纹主要有以下几个原因。

1. 材料缺陷铸造材料在生产过程中,常常会出现缺陷,如气孔、夹杂、杂质等,这些缺陷会在铸造冷却过程中形成应力集中区域,导致裂纹的产生。

2. 铸造工艺不合理铸造工艺不合理也是造成铸造件裂纹的重要原因。

如浇口不当、冷却不均、浇注速度过快等,都会导致铸造件的应力不均匀,从而形成裂纹。

3. 设计不合理铸造件的设计也会影响裂纹的产生。

当设计不合理时,会使铸造件应力分布不均匀,从而形成裂纹。

4. 环境因素环境因素也可能导致铸造件裂纹的产生。

如温度过高或过低、环境湿度过高、风力过大等,都会影响铸造件的冷却速度,从而形成裂纹。

避免铸造裂纹的措施为了避免铸造裂纹的产生,我们可以采取以下措施。

1. 优化材料在生产过程中,对铸造材料进行优化,去除缺陷,可以有效减少铸造裂纹的产生。

2. 检查工艺在生产过程中,对铸造工艺进行检查,保证浇口、浇注速度等符合要求,可以有效减少铸造件裂纹的产生。

3. 合理设计设计时要考虑到铸造件内部的应力分布,合理设计无疑可以减少铸造裂纹的产生。

4. 控制环境在铸造过程中,要控制环境温度、湿度和风力等因素,使铸造件冷却均匀,从而减少裂纹的产生。

结语本文介绍了铸造裂纹的产生原因和避免措施。

铸造件裂纹的产生很大程度影响了铸造件的质量和使用寿命,因此,为了提高产品质量,我们必须采取措施避免铸造裂纹的产生。

大型锻件内部缺陷分析及消除内裂纹的措施

大型锻件内部缺陷分析及消除内裂纹的措施

大型锻件 内部 缺 陷分析及 消除 内裂纹的措施
宫成立 关谷 涵 ( 阳职 业技 术学 院 , 阳 10 4 ) 沈 沈 105
An lsso r e s aef r igit r a e e t n a u e f l n t git r a r c s ay i nl g - c l gn e n l f c d me s r so i a i e n l a k a o n d a e mi n n c
中图分类 号 : H1 。G 3 T 6 T 35
文献 标识 码 : A
钢铁的冶金 质量 和凝 固特性不可避免地会给钢锭带来 许多 夹杂 、 疏松 、 裂纹等原始缺 陷, 虽然 随着 冶炼 浇注技术 的进步 , 这 些缺陷的数量 、 大小 、 状 、 形 分布 和组成等都会 得到较大程 度的 改善 , 但夹杂仍然存在。传统锻造理 论认为 , 塑性加工的作用一
( )0 时 , 18 oC 裂纹 中间仍为空洞 , 如图 1a所示 。 () () 2 温度上升 到 9 0C, 0  ̄ 裂纹的尖端 部分 首先修 复 , 使裂 纹 的实际尺寸减小 , 如图 lb 所示。 () () 3 当温度达 10  ̄时 , 00 原裂 纹部位 已经基 本上被 重结 晶
上述现象表明 , 在一定 的条件下 , 金属 材料 内部 的裂纹是可 性质 的裂 纹等组织 不致 密的缺陷。 很显然 , 锻件 中心 的铸态组织 以被修复的。
★来稿 日期 : 0 — 7 0 2 80—6 0
维普资讯
第 5期
宫 成 立等 : 大型锻 件 内部 缺 陷分 析及 消除 内裂纹 的措 施
G N h n —i G A u h n( h n a gPo sin l eh ooyIs tt,h n a g1 0 4 , hn ) O G C e g l U N G — a S e yn rf s a T c n lg tue S e yn 10 5 C ia , e o ni

锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析

锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析

锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析摘要:在锻造以及热处理中极易出现裂纹,为此锻造以及热处理过程中的裂纹处理成为各个学者研究的重点,同时,构件尺寸、材质等之间的差异其所出现的裂纹几率也各不相同,基于此,本文通过对锻造以及热处理缺陷的相关分析,找出了锻造和热处理过程中裂纹形成的原因并提出了针对性的解决意见。

关键词:锻造热处理裂纹原因分析处理引言作为锻造以及热处理过程中最为常见的缺陷之一,裂纹的形成严重制约了锻造效率,并且对于大型锻件而言,其裂纹出现的几率则更高,所以加强对裂纹形成的原因分析对于减少裂纹产生,提升锻造效果具有重要意义。

1锻造缺陷与热处理缺陷第一,过热或者过烧。

具体表现形式为晶粒粗大并具有较为明显的魏氏组织;而造成过烧的情况则说明热处理过程中温度较高,断口晶粒凹凸不平,缺乏金属光泽,并且晶界周围具有氧化脱碳的情况;第二,锻造裂纹。

主要出现在组织粗大且应力较为集中处,裂纹内部往往呈现氧化皮情况。

在锻造过程中无论是温度过高,还是过低均会导致裂纹的出现;第三,折叠。

由于切料、冲孔、锻粗糙等原因而致使材料表面发生了缺陷,而此时一旦经过锻造自然其会由于表面氧化皮缺陷内卷而形成折叠。

通过显微镜的观察可以明显的发现折叠周围的脱碳情况较为严重;第四,淬裂。

该缺陷的明显特征就是刚健挺直且起始点较宽,尾部则细长曲直。

由于此缺陷往往是产生在马氏体转变发生以后,所以裂纹周围与其他区域没有明显的差别且无脱碳情况;第五,软点。

造成此种缺陷的原因主要是由于加热不足,保温时间不足而造成冷却不均匀导致的。

2实验方法2.1试样制备和宏观观察在开始试验之前只需要对构件毛坯裂纹进行简单的宏观观测并选择要进行实验的区域即可。

然后,在利用手边的工具来队选取的区域进行切割,需注意的是,切割方向必须要垂直镜像,切割长度要低于10mm。

可以通过多种方式进行取样但是一定要科学的选择取样的温度以及环境,如果实验温度较高,则可以通过凉水来进行冷却,进而防止在取样过程中构件内部结构遭到损坏。

轴锻件裂纹的措施

轴锻件裂纹的措施

轴锻件裂纹的措施1. 引言轴锻件是机械传动装置中常用的重要零部件,其性能直接影响着设备的使用寿命和安全性。

然而,由于制造工艺、材料性能和使用差错等因素,轴锻件在使用过程中常常会出现裂纹的问题。

轴锻件的裂纹不仅会降低零部件的承载能力,还可能导致零部件的破坏性破裂。

因此,采取有效的措施来解决和预防轴锻件裂纹问题具有重要意义。

2. 形成裂纹的原因轴锻件裂纹的形成原因较为复杂,主要包括以下几个方面:2.1 制造工艺不当在制造过程中,如果对轴锻件的材料选择、加热温度和时间控制、锻造工艺参数等方面存在问题,就容易在零部件中形成内部缺陷,从而导致裂纹的形成。

2.2 材料性能不理想轴锻件的材料性能直接决定了其承载能力和抗裂纹能力。

如果选用的材料存在成分不均匀、夹杂物过多、强度不够等问题,则容易导致轴锻件在使用阶段产生裂纹。

2.3 使用及维护不当在使用和维护过程中,如果没有按照正确的方法和要求来操作,例如超负荷使用、频繁冲击加载、没有定期进行润滑和检查等,都可能加剧轴锻件的疲劳破坏,从而形成裂纹。

3. 解决轴锻件裂纹问题的措施针对轴锻件裂纹问题的原因,我们可以采取以下措施来解决和预防:3.1 加强制造工艺控制在轴锻件的制造过程中,应加强对材料选择、加热温度和时间控制、锻造工艺参数等方面的控制。

通过优化制造工艺,可以减少轴锻件内部的缺陷和应力集中,从而降低裂纹的形成概率。

3.2 提高材料质量选用具有良好材料性能的材料,提高轴锻件的抗拉强度和韧性,从而增加轴锻件的抗裂纹能力。

3.3 加强使用和维护管理在使用和维护过程中,要按照正确的方法和要求来操作,避免超负荷使用、频繁冲击加载等不合理的操作方式。

另外,要定期进行润滑和检查工作,及时发现和处理存在的问题,避免因疏忽而导致轴锻件裂纹的形成。

3.4 定期进行非破坏性检测为了及时发现轴锻件中的裂纹,可以定期进行非破坏性检测。

通过超声波、磁粉检测等技术手段,可以对轴锻件进行全面的检测,及时发现和处理存在的裂纹问题。

锻件常见缺陷裂纹的原因

锻件常见缺陷裂纹的原因

锻件常见缺陷裂纹的原因锻件常见缺陷裂纹的原因有很多,主要包括以下几个方面:1. 锻造前材料的缺陷:锻造前原材料中可能存在着各种缺陷,如夹杂物、气孔、夹渣等。

这些缺陷会在锻造过程中被拉长、扭曲或剪切,最终导致锻件出现裂纹。

2. 异常冷却方式:锻件在冷却过程中,如果冷却速度过快或不均匀,会导致锻件内部产生应力集中,从而引发裂纹。

尤其是在大尺寸、复杂形状的锻件中,由于其冷却速度不均匀,容易出现内部裂纹。

3. 冷、热变形不均匀:锻造过程中,如果材料的冷、热变形不均匀,会导致锻件内部应力分布不均匀,从而引发裂纹的产生。

尤其是在复杂形状、壁厚不一的锻件中,易出现材料贫化、过冷区和高应力区,容易引发裂纹。

4. 锻造温度过低或过高:锻造温度是影响锻件质量的关键因素之一。

如果温度过低,会导致材料的硬化能力不足,易发生塑性变形困难,从而引发裂纹;而温度过高,则会导致材料的焊接性能下降,也容易引发裂纹。

5. 压力不均匀:锻造过程中,如果锻压力不均匀,会使锻件中的应力分布不均匀,从而容易产生应力集中和裂纹。

尤其是在薄壁锻件中,容易出现锻压力不均匀的问题,导致裂纹的发生。

6. 锻件设计不合理:锻件的设计是影响锻件质量的重要因素之一。

如果锻件的形状、结构设计不合理,容易导致应力集中,从而引发裂纹的产生。

尤其是在复杂形状、尺寸大的锻件中,设计不合理会增加裂纹发生的概率。

7. 热处理不当:热处理是锻件制造过程中的关键环节,如果热处理不当,会导致锻件中的应力不释放或释放不充分,从而引发裂纹。

此外,热处理时的温度、时间等参数也需要合适,否则也可能导致裂纹的产生。

这些都是导致锻件常见缺陷裂纹的主要原因。

为了降低或避免裂纹的产生,需要从原材料选用、工艺控制、设备维护等方面做好控制和管理。

同时,制定合理的锻造工艺和热处理工艺,合理设计锻件形状和结构,对裂纹的产生起到有力的控制和避免作用。

还需要加强工作人员的培训和技能提升,提高他们的专业水平和质量意识,从而减少裂纹缺陷的发生,提高锻件的质量。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

S355 J2G3钢大型锻件UT指示性缺陷成因分析某公司生产的S355 J2G3钢大型锻件UT要求越来越严格。

甚至出现UT不合报废的情况。

本文对出现的探伤不合格的典型锻件进行了探伤(UT、MT)—低倍—高倍—扫描电镜观察等系列检验与分析。

发现探伤不合缺陷,应该是钢中微细裂纹所致。

本文认为,此类裂纹缺陷是由于锻造的宏观应力的变化可增强其钢中第二相与基体的微观应力(晶格扭曲及晶体的嵌镶碎化),从而导致第二相与基体的确定的晶面取向对应晶面发生破坏所致。

采用裂纹核概念可解释锻造工艺及锻后冷却制度对此类裂纹形成的相关性。

1 S355J2G3钢锻件技术条件1.1 S355J2G3钢化学成分见表1表1 S355J2G3 钢化学成分/%Table 1 Chemical compositions of S355J2G3 steel /%1.2工艺路线电炉冶炼+LF 加热还原+VD 真空精炼→铸锭→热送→加热→锻造→热处理→探伤→检查检验→上交1.3 UT图2 SH2311H模块(150738)UT反射图谱图3 缺陷示意图注:阴影部分存在Ф2-Ф4密集缺陷,深度150-中心,工件厚度509,部分区域影响底波。

2缺陷轴类锻件的解剖试验2.1 S355J2G3合金钢锻件,2.1.1 宏观浸蚀该锻件低倍分析结果:中心疏松0.5、一般疏松2.0、一般点状偏析2.0。

见图4-5.图4 横向低倍图5 纵向低倍形貌图5 纵向低倍2.1.2 S355 J2G3,锻材PT、MT试验对试片存在UT密集型指示性缺陷的部位进行磁粉及渗透检测,未发现磁痕堆积显示如图(6-1),渗透检测也未发现缺陷显示如图(6-2)。

图6-1 MT 图6-2 PT需要说明的是图13-1上的黑色条状——磁轭激发产生的磁痕,非指示性缺陷。

2.2 低倍(SH2311)其锻件的低倍结果见图7-8..图7 低倍图8 低倍缺陷2.3 SEM观察与能谱分析(SH2311)为充分显现低倍、高倍金相观察到的缺陷。

特将有缺陷的试样经过淬火处理,处理后的试样打制成端口试样,观察其断口形貌。

因为试样的断裂是沿着钢的基体力学性能最薄弱的界面扩展开裂的。

所以可以大概率地观察到缺陷断裂后所显现的表面状态。

经12个断口试样的SEM观察,已发现与UT对应的缺陷界面的形貌。

SH2311锻件断口形貌见图9.图9 SEM形貌(70倍)断口缺陷部位放大图像及其能谱分析见图10。

图10 缺陷形貌及微区(+标识)能谱断口随处可检测到MC型碳化物(NbC)。

缺陷表面为自由面。

即该断口处,断裂之前为非连续性缺陷——裂纹。

见图11.图11 断口形貌3 讨论3.1UT缺陷的定性通过解剖试验,可以证明:本文出现的密集型UT指示性缺陷为不连续缺陷。

即裂纹性质的缺陷。

这类缺陷具有一个特殊的特点:MT或PT无法发现其存在,而宏观酸浸(低倍)却可以发现。

这表明该类缺陷由于锻造得到压实,所以其缺陷的宽度远远小于人的肉眼观察的分辨力(0.2mm).这便是无法通过MT或PT检测的原因。

宏观酸浸试验则可通过酸在缺陷处的选择性浸蚀而显现出腐蚀后的缺陷。

这说明:该类缺陷——裂纹的宽度为微米级别,只有经过腐蚀致使裂纹宽度扩大方可肉眼宏观识别。

即该类裂纹为铸件的孔隙类缺陷,锻造压实,但未焊合。

因此此类锻件缺陷可定义为非连续性裂纹缺陷。

3. 2 铸态内部孔洞与疏松大型锻件中的缺陷源主要来自冶炼铸造,即冶金缺陷:例如非金属夹杂物、残余缩孔、疏松、空洞等,这些缺陷在冶炼过程或浇铸过程中形成;残余缩孔和疏松:该类孔隙性缺陷,破坏金属连续性,形成应力集中与裂纹源,属于不允许的缺陷[11,许常青.大型锻件的缺陷定性分析[J].科学之友,2008,(24):5-7.]。

防止该类缺陷的对策有:严格控制浇注温度和速度,防止低温慢速注锭;采用发热冒口或绝热冒口,改善补缩条件使缩孔上移至冒口区,防止缩孔深人到锭身处;控制锻造时钢锭冒口切头率,充分切净缩松缺陷;合理的锻压变形,压实疏松缺陷3.3锻造与热处理缺陷这些缺陷在锻造和热处理过程中形成。

例如裂纹、白点(图3)、粗晶等。

3.4 大型锻材密集型缺陷的基本属性目前为止, S355等大型锻件出现的UT指示性缺陷:主要是钢锭的孔隙性缺陷经过锻造压实而未焊合的裂纹。

即可称之为铸造组织的遗传,也可称之为锻造与热处理生产过程不当产生的缺陷。

冶炼、铸造可以减少夹杂、气体与组织形态;而锻造工艺,包括加热温度、变形程度、变形速度、冷却速度、应力状态等热力因素.合理的热力等因素,则可以改善锻件质量(打碎柱状晶、细化晶粒得到致密并且分布合理的纤维组织等)。

反之,则可能形成各种锻造缺陷和锻造裂纹.3.5钢中内部的发裂等价于白点白点的定义与氢气压力形成白点的学说是两个独立的概念, 具有不同的含义,但人们却常常将这两个概念混淆在一起, 由此产生出似是而非的错误概念, 对实际生产中处理白点问题产生误导。

不弄清这些基本概念, 就不可能正确理解有关白点的问题。

白点是钢中的一种内部裂纹, 主要出现在大型锻件及截面较大的轧制钢材中[ 7] 。

大多数情况下分布在轧材或锻件的近中心或离表面一定深度处。

在钢件的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点, 在经过磨光和酸蚀后的横向切片上则表现为细长的发裂[ 2] 。

这就是白点的定义, 实质上白点就是钢中的内部发裂, 也可以说钢中的内部发裂就是白点。

上世纪80 年代有报导提出了白点核理论。

作者通过试验证明在钢坯轧后冷却过程中没有白点形核期, 而只有长大过程。

白点是在已有缺陷的基础上发展长大的, 将这种已有缺陷称为白点核, 并且证明这种白点核在钢坯热轧完成之后就已经存在了。

这说明白点形成不仅仅是在高温塑性变形完成后冷却过程中发生的事, 而是在此之前就已经形成了白点核, 在冷却过程中白点核进一步发展而形成白点。

关于白点核的形成一直有争议, 有人认为是材料中原先存在的孔洞, 也有人认为是塑性变形导致的裂纹形核[ 1] 。

但有一点是肯定的, 只要不发生塑性变形, 铸态下的缺陷是不会发展成为白点的。

所以, 铸态下的缺陷不能叫做白点核, 只有经过高温塑性变形才能形成白点核。

3.6 UT指示性缺陷——微裂纹的成因3.6.1 白点的成因文献报道:铁素体钢、奥氏体钢及莱氏体钢在生产实践中未发现过白点, 因此被公认为是对白点不敏感的钢] 。

对钢的高温性能研究表明, 很多碳钢及合金钢在大约700 ~ 950℃的温度范围内存在一个低塑性区间, 这一温度区间是γ+α两相区。

铁素体的高温强度远低于奥氏体, 奥氏体钢中存在少量的α相就会使钢的高温塑性大大降低,铁素体小岛处容易形成裂纹。

高碳钢发生γ→α转变时, α相沿γ相晶界析出。

此时α相的强度只有γ相的1/4 , 新生成的α相就成了钢中的薄弱环节。

在此温度区间内进行锻造或轧制, 则会造成不均匀变形, 导致α相中变形量过大而产生裂纹。

亚共析钢在Ar3以下就进入了两相区, 并且由于形变诱导相变, 在高于Ar3时就发生了γ→α转变。

高温塑性变形过程中析出的α相强度远低于γ相, 从而导致不均匀变形, 使α相中变形量过大而产生裂纹, 所以容易产生白点。

过共析钢在Ar1与Arm之间的组织是奥氏体加碳化物, 但由于形变诱导会发生γ→α转变, 且未溶碳化物的存在降低了奥氏体的稳定性, 使形变诱导γ→α转变温度提高。

高温塑性变形过程中析出的α相强度远低于γ相, 从而导致不均匀变形, 使α相中变形量过大而产生裂纹, 所以容易产生白点铁素体钢和奥氏体钢在热加工过程中处于单相铁素体或单相奥氏体状态, 性能较为均匀, 能够保持均匀变形而不形成裂纹, 所以不容易产生白点。

莱氏体钢在锻造过程中处于奥氏体加碳化物状态。

其中的碳化物是硬而脆的相, 只能在变形中被破碎, 不发生塑性变形, 钢的塑性变形集中在奥氏体中。

另外由于莱氏体钢中合金元素含量较高, 奥氏体很稳定, 不会因形变诱导发生γ※α转变, 所以高温塑性变形中不会析出α相。

钢中不存在强度较低的薄弱环节, 塑性变形会比较均匀而不易形成内部裂纹, 因而不会产生白点。

碳素钢对白点的敏感性比较小, 一般认为含碳小于0.2%和锰与硅都小于0.4%的低碳钢不产生白点。

对于高碳钢及合金钢, 在高温下, 钢中的碳与合金元素溶入奥氏体基体中, 产生固溶强化作用,而高温下从γ相中析出的α相则含碳量极低, 因而其强度远低于γ相。

在高温塑性变形过程中发生γ→α转变析出强度较低的α相则会造成不均匀变形, 使α相变形量过大而形成裂纹, 表现出钢的白点敏感性强。

低碳钢中的碳与合金元素含量很低, 对γ相的固溶强化作用较小, 在热加工中发生γ→α转变时析出的α相与基体γ相的强度差别较小, 仍能保持比较均匀的变形而不产生裂纹, 所以不产生白点。

3.6.2 裂纹核借鉴于白点核的概念,本文假设大型锻材的内裂核为钢中第二相(气体或固体)。

因此钢中的第二相的形成温度即产生内裂核。

可具体定义为钢中第二相与钢基体的固定取向的晶界面(第二相某特定晶面∥基体的某特定晶面)。

高温锻造过程,可改变钢中第二相的大小、形状与分布。

热处理制度决定着裂纹核的显微应力(晶格扭曲与嵌镶碎化)的大小。

以此可以解释铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢中为什么不出现白点。

——铁素体钢,钢中第二相(FeC3)较少,裂纹核较少,此外,塑性好,微观应力相对高碳钢较低。

——奥氏体钢,单相钢,钢中第二相较少,塑性好。

——莱氏体钢,钢中第二相含量高,韧性低,形成“白口铁”断口,应该是白点的“积分”。

3.6. 2.1 裂纹核——第二相的影响常规钢中第二相可分为:①非金属氧化物夹杂——可导致夹杂物裂纹,②硫化物——可诱发白点,裂纹,③碳化物——可形成大颗粒、带状、网状等一次、二次碳化物。

可导致脆裂④气体(氢)——白点⑤残余奥氏体——延迟断裂3.6.2.2 裂纹核的分析锻件本身的化学成分、冶炼、锻造等过程决定了钢中第二相的形成数量、性状、分布与取向等。

如果将钢中第二相与钢的基体的结合界面认为是裂纹核,那么形成裂纹的整个过程则可分为:——第二相元素向反应界面扩散——在界面处发生化学反应,如吸附、脱附或形成固定取向的界面——界面脱离基体,形成断裂。

对于常温锻件而言,采用X-ray衍射的线性分析技术,可以得到锻材的微观应力的数据;由此可以获取钢中第二相与基体的应力状态的边界条件。

采用应力分析技术(如X-ray应力分析仪),可以得到锻件的应力状态;金相观察锻件的组织;夹杂物、碳化物等;3.5.2.4 裂纹核形成裂纹的动力学分析假设裂纹形成是钢中第二相与基体的特定晶面取向关系的原子之间的化学键破裂,此为一化学分析,则设:(Ⅱ—phase)∥(Ⅰ-phase)→Ⅱ—phase+Ⅰ-phase (1)式中,Ⅱ—phase为钢中第二相的浓度;Ⅰ-phase为钢的基体浓度,∥为二相之间的定量取向关系。

相关文档
最新文档