大型鍛件鍛后熱處理的研究及注意事項

 大型鍛件的白點和氫脆缺陷的危害性很大,所以大型鍛件鍛后熱處理要求防止白點和氫脆,同時,去除鍛造應力,降低硬度,細化晶?!,F將我們對大型鍛件鍛后熱處理有關白點的認識撰寫成文,以供參考。

1.有關鋼中白點的基本概念

1)白點的危害性 白點是鋼中氫所引起的種內部裂紋,固態鋼中含氤量過高時,鋼顯著變脆,從本質來看,白點也屬于脆性破壞。白點的存在使鋼的力學性能特別是橫向塑性和韌性急劇降低,成為最危險的斷裂源,嚴重影響零件的使用性能和壽命。因此,鍛件中一旦發現白點,則該鍛件必須報廢。

2)白點的形貌 在鍛件的縱向斷裂面上呈現為邊緣清晰的圓形或橢圓形銀白色斑點,在橫向低倍試片上為發絲狀小裂紋,長度幾毫米,最大幾十毫米。

3)白點產生的條件及形成溫度 在鍛造后,鋼中的氫與應力(變形應力、熱應力、組織應力,特別是組織應力)聯合作用下產生白點。白點是鍛件毛坯冷卻到比較低的溫度時形成的(約250℃至室溫這一范圍)。

4)氫和應力在形成白點中的相互關系 鋼中含有足夠數量的氫是形成白點的必要條件,內應力的存在具有促進白點形成的作用。

5)白點的三大特點  ①白點從來不在鍛件的表面形成。根據有關資料表明,其形成總是在鍛件內部,含有白點的區域離鍛件表面有相當一段距離,約50mm。②白點是在鍛后,當鍛件冷卻到比較低的溫度(250℃至室溫)時形成。③白點不是瞬間形成,而是逐漸形成的。從停鍛到出現白點,需要經歷一段時間,這段時間稱之為白點形成的孕育期或潛伏期。孕育期的長短取決于鋼的含氫量,同時也取決于鍛件的厚度。

2.大型鍛件的鍛后熱處理

鍛造成形后,隨即進行的熱處理稱之為鍛后熱處理。大型鍛件鍛后熱處理的目的主要是為了去應力,重結晶細化品粒,同時去氫。

1)重結品處理 大型鍛件經過多次重結晶處理,使晶粒細化,組織改善、性能得到提高。

2)去氫退火 將鍛件中的氫降低至極限含氫量以下,并使其分布均勻,以免除白點、氫脆的危險。

由于氫在相、a相中的溶解度和擴散系數不同,特別是氫在a相中的溶解度低,而擴散系數大,這就使得在退火過程中氫得以不斷向外擴散。

去氫退火往往與重結晶合并進行。去氫退火的溫度通常在650℃。退火后應盡可能緩慢冷卻,以防止產生新的內應力。一般冷卻分為兩個階段:400℃以上,由于鋼的塑性好,內應力不易形成,所以冷卻可快一些,400℃以下,冷速就要放慢。

對于合金元素較多、性能要求較高的鍛件,鍛后要求進行一次甚至多次重結晶熱處理、以便改善鍛件的組織和性能。

3.減少鋼中含氫量的途徑和措施

不同鋼種的鍛件對白點的敏感程度不同。影響鍛件敏感性的因素主要是鋼的含氫量,鋼的含氫量越高,白點敏感性就越大。鋼中的氫可以呈原子狀態、分子狀態或化合物狀態存在,對形成白點有決定作用的是原子。防止白點產生的根本方法是減少鋼中的氫含量,使鋼中殘留的氫限制在鋼無白點的極限氫含量以下。

1)減少鋼中氫含量的主要途徑 煉鋼過程中對鋼液進行真空脫氣或采用真空澆注的方法,對某些有更高要求的鍛件,可采用電渣重熔工藝進一步提高鋼材的純凈度,鍛后熱處理:去氫退火,使鋼中的氫擴散出去。

2)防止白點的措施  防止鋼中形成白點的方法包括兩個方面: 是設法盡量減少鋼液中的含氫量,創造條件使氫氣從鋼坯中擴散逸出;二是減少冷卻時鋼坯中所產生的內應力,特別是組織應力。

為了減少鋼材的含氫量,冶煉中盡量少用或不用嚴重銹蝕的廢鋼;使用新焙燒或經過加熱的石灰;使用經過加熱的鐵合金;煉鋼工具要經過充分干燥和烘烤,澆注系統要干燥,鋼液溫度不可過高,以免過分吸收氫氣,保證足夠長時間和足夠有力的鋼液沸騰,以有利于脫氫。爐渣不可太稀,終渣要適當黏稠些等。

4.大型鍛件鍛后熱處理中的注意事項

1) 鋼材的采購及儲備 在采購鋼材時應在春夏秋冬的季節上加以選擇,為了保證鋼材在純凈度方面達標,避開每年中的梅雨季節對鋼材的影響,在鋼材數量上要有一定量的儲備,在確保質量的前提下以備急需。

2)白點的敏感性 鍛件在冷卻過程中,其表面的氫容易擴散逸出,而心部的氫則不易排出。因此,鍛件截面越大,越容易產生白點。隨鍛件截面的增大,鋼的偏析程度也越嚴重,更容易促進白點的形成。

鍛件表面積越大,氫的析出越容易。因此,空心鍛件(如齒圈)比實心鍛件(如齒輪軸)的白點敏感性要小。

wc<0.3%的低碳鋼白點敏感性極低。隨著含成量的增加,鋼的白點敏感性增加。鍛件般后冷卻速度越快,白點敏感性越大。

不產生白點的鋼:如奧氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鐵素體鋼、萊氏體鋼。一般正常生產條件下wc<0.3%、ww<0.6%的碳素鋼也不會形成白點因此對這類鋼沒有必要在鍛后做去氣氫退火。

對白點敏感的鋼:珠光體鋼白點敏感性較小,馬氏體一珠光體鋼白點敏感性較大,馬氏體鋼白點敏感性最大。如:20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2Mo、40CrNi2Mo、40CrNiMo等。馬氏體鋼白點極限含氣量為 ≤1.8×10。

3)對已產生白點而報廢的大型鍛件進行改鍛對已產生白點的鍛件可以通過改鍛等熱加工方法加工成尺寸更小的零部件毛壞,改鍛后的小尺寸鋼壞需要進行緩冷和退火,可挽回一部分報廢的損失。