引發鍛件缺陷的原因

2023-01-13 20:39:02 字數 3945 閱讀 2653

下面介紹其中幾種常見的缺陷,其餘的可見有關的例項。

1.脫碳

脫碳是指金屬在高溫下表層的碳被氧化,使得表層的含碳量較內部有明顯降低的現象。

脫碳層的深度與鋼的成分、爐氣的成分、溫度和在此溫度下的保溫時間有關。採用氧化性氣氛加熱易發生脫碳,高碳鋼易脫碳,含矽量多的鋼也易脫碳。 脫碳使零件的強度和疲勞效能下降,磨損抗力減弱。

2.增碳

經油爐加熱的鍛件,常常在表面或部分表面發生增碳現象。有時增碳層厚度達1.5~1.

6mm增碳層的含碳量達1%(質量分數)左右,區域性點含碳量甚至超過2%(質量分數),出現萊氏體組織。 這主要是在油爐加熱的情況下,當坯料的位置靠近油爐噴嘴或者就在兩個噴嘴交叉噴射燃油的區域內時,由於油和空氣混合得不太好,因而燃燒不完全,結果在坯料的表面形成還原性的滲碳氣氛,從而產生表面增碳的效果。增碳使鍛件的機械加工效能變壞,切削時易打刀。

3.過熱

過熱是指金屬坯料的加熱溫度過高,或在規定的鍛造與熱處理溫度範圍內停留時間太長,或由於熱效應使溫公升過高而引起的晶粒粗大現象。碳鋼(亞共析或過共析鋼)過熱之後往往出現魏氏組織。馬氏體鋼過熱之後,往往出現晶內織構,工模具鋼往往以一次碳化物角狀化為特徵判定過熱組織。

鈦合金過熱後,出現明顯的β相晶界和平直細長的魏氏組織。合金鋼過熱後的斷口會出現石狀斷口或條狀斷口。過熱組織,由於晶粒粗大,將引起力學效能降低,尤其是衝擊韌度。

一般過熱的結構鋼經過正常熱處理(正火、淬火)之後,組織可以改善,效能也隨之恢復,這種過熱常被稱之為不穩定過熱;而合金結構鋼的嚴重過熱經一般的正火(包括高溫正火)、退火或淬火處理後,過熱組織不能完全消除,這種過熱常被稱之為穩定過熱。

4.過燒

過燒是指金屬坯料的加熱溫度過高或在高溫加熱區停留時間過長,爐中的氧及其它氧化性氣體滲透到金屬晶粒間的空隙,並與鐵、硫、碳等氧化,形成了易熔的氧化物的共晶體,破壞了晶粒間的聯絡,使材料的塑性急劇降低。過燒嚴重的金屬,撤粗時輕輕一擊就裂,拔長時將在過燒處出現橫向裂紋。過燒與過熱沒有嚴格的溫度界線。

一般以晶粒出現氧化及熔化為特徵來判斷過燒。對碳鋼來說,過燒時晶界熔化、嚴重氧化工模具鋼(高速鋼、cr12型鋼等)過燒時,晶界因熔化而出現魚骨狀萊氏體。鋁合金過燒時出現晶界熔化三角區和復熔球等。

鍛件過燒後,往往無法挽救,只好報廢。

5.加熱裂紋

在加熱截面尺寸大的大鋼錠和導熱性差的高合金鋼和高溫合金坯料時,如果低溫階段加熱速度過快,則坯料因內外溫差較大而產生很大的熱應力。加之此時坯料由於溫度低而塑性較差,若熱應力的數值超過坯料的強度極限,就會產生由中心向四周呈輻射狀的加熱裂紋,使整個斷面裂開。

6.銅脆

銅脆在鍛件表面上呈龜裂狀。高倍觀察時,有淡黃色的銅(或銅的固溶體)沿晶界分布。 坯料加熱時,如爐內殘存氧化銅屑,在高溫下氧化鋼還原為自由銅,熔融的鋼原子沿奧氏體晶界擴充套件,削弱了晶粒間的聯絡。

另外,鋼中含銅量較高[>2%(質量分數)]時,如在氧化性氣氛中加熱,在氧化鐵皮下形成富銅層,也引起鋼脆。

三、鍛造工藝不當常產生的缺陷

鍛造工藝不當產生的缺陷通常有以下幾種

1.大晶粒

大晶粒通常是由於始鍛溫度過高和變形程度不足、或終鍛溫度過高、或變形程度落人臨界變形區引起的。鋁合金變形程度過大,形成織構;高溫合金變形溫度過低,形成混合變形組織時也可能引起粗大晶粒,晶粒粗大將使鍛件的塑性和韌性降低,疲勞效能明顯下降。

2.晶粒不均勻

晶粒不均勻是指鍛件某些部位的晶粒特別粗大,某些部位卻較小。產生晶粒不均勻的主要原因是坯料各處的變形不均勻使晶粒破碎程度不一,或區域性區域的變形程度落人臨界變形區,或高溫合金區域性加工硬化,或淬火加熱時區域性晶粒粗大。耐熱鋼及高溫合金對晶粒不均勻特別敏感。

晶粒不均勻將使鍛件的永續性能、疲勞效能明顯下降。

3.冷硬現

變形時由於溫度偏低或變形速度太快,以及鍛後冷卻過快,均可能使再結晶引起的軟化跟不上變形引起的強化(硬化),從而使熱鍛後鍛件內部仍部分保留冷變形組織。這種組織的存在提高了鍛件的強度和硬度,但降低了塑性和韌性。嚴重的冷硬現象可能引起鍛裂。

4.裂紋

裂紋通常是鍛造時存在較大的拉應力、切應力或附加拉應力引起的。裂紋發生的部位通常是在坯料應力最大、厚度最薄的部位。如果坯料表面和內部有微裂紋、或坯料內存在組織缺陷,或熱加工溫度不當使材料塑性降低,或變形速度過快、變形程度過大,超過材料允許的塑性指標等,則在撤粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲和擠壓等工序中都可能產生裂紋。

5.龜裂

龜裂是在鍛件表面呈現較淺的龜狀裂紋。在鍛件成形中受拉應力的表面(例如,未充滿的凸出部分或受彎曲的部分)最容易產生這種缺陷。引起龜裂的內因可能是多方面的:

①原材料合cu、sn等易熔元素過多。②高溫長時間加熱時,鋼料表面有銅析出、表面晶粒粗大、脫碳、或經過多次加熱的表面。③燃料含硫量過高,有硫滲人鋼料表面。

6.飛邊裂紋

飛邊裂紋是模鍛及切邊時在分模面處產生的裂紋。飛邊裂紋產生的原因可能是:①在模鍛操作中由於重擊使金屬強烈流動產生穿筋現象。②鎂合金模鍛件切邊溫度過低;銅合金模鍛件切邊溫度過高。

7.分模面裂紋

分模面裂紋是指沿鍛件分模面產生的裂紋。原材料非金屬夾雜多,模鍛時向分模面流動與集中或縮管殘餘在模鍛時擠人飛邊後常形成分模面裂紋。

8.摺疊

摺疊是金屬變形過程中已氧化過的表層金屬匯合到一起而形成的。它可以是由兩股(或多股)金屬對流匯合而形成;也可以是由一股金屬的急速大量流動將鄰近部分的表層金屬帶著流動,兩者匯合而形成的;也可以是由於變形金屬發生彎曲、回流而形成;還可以是部分金屬區域性變形,被壓人另一部分金屬內而形成。摺疊與原材料和坯料的形狀、模具的設計、成形工序的安排、潤滑情況及鍛造的實際操作等有關。

摺疊不僅減少了零件的承載面積,而且工作時由於此處的應力集中往往成為疲勞源。

9.穿流

穿流是流線分布不當的一種形式。在穿流區,原先成一定角度分布的流線匯合在一起形成穿流,並可能使穿流區內、外的晶粒大小相差較為懸殊。穿流產生的原因與摺疊相似,是由兩股金屬或一股金屬帶著另一股金屬匯流而形成的,但穿流部分的金屬仍是一整體。

穿流使鍛件的力學效能降低,尤其當穿流帶兩側晶粒相差較懸殊時,效能降低較明顯。

10.鍛件流線分布不順

鍛件流線分布不順是指在鍛件低倍上發生流線切斷、回流、渦流等流線紊亂現象。如果模具設計不當或鍛造方法選擇不合理,預製毛坯流線紊亂;工人操作不當及模具磨損而使金屬產生不均勻流動,都可以使鍛件流線分布不順。流線不順會使各種力學效能降低,因此對於重要鍛件,都有流線分布的要求。

11.鑄造組織殘留

鑄造組織殘留主要出現在用鑄錠作坯料的鍛件中。鑄態組織主要殘留在鍛件的困難變形區。鍛造比不夠和鍛造方法不當是鑄造組織殘留產生的主要原因。

鑄造組織殘留會使鍛件的效能下降,尤其是衝擊韌度和疲勞效能等。

12.碳化物偏析級別不符要求

碳化物偏析級別不符要求主要出現於萊氏體工模具鋼中。主要是鍛件中的碳化物分布不均勻,呈大塊狀集中分布或呈網狀分布。造成這種缺陷的主要原因是原材料碳化物偏析級別差,加之改鍛時鍛比不夠或鍛造方法不當具有這種缺陷的鍛件,熱處理淬火時容易區域性過熱和淬裂。

製成的刃具和模具使用時易崩刃等。

13.帶狀組織

帶狀組織是鐵素體和珠光體、鐵素體和奧氏體、鐵素體和貝氏體以及鐵素體和馬氏體在鍛件中呈帶狀分布的一種組織,它們多出現在亞共折鋼、奧氏體鋼和半馬氏體鋼中。這種組織,是在兩相共存的情況下鍛造變形時產生的帶狀組織能降低材料的橫向塑性指標,特別是衝擊韌性。在鍛造或零件工作時常易沿鐵素體帶或兩相的交界處開裂。

14.區域性充填不足

區域性充填不足主要發生在筋肋、凸角、轉角、圓角部位,尺寸不符合圖樣要求。產生的原因可能是:①鍛造溫度低,金屬流動性差;②裝置噸位不夠或鎚擊力不足;③製坯模設計不合理,坯料體積或截面尺寸不合格;④模膛中堆積氧化皮或焊合變形金屬。

15.欠壓

欠壓指垂直於分模面方向的尺寸普遍增大,產生的原因可能是:①鍛造溫度低。②裝置噸位不足,鎚擊力不足或鎚擊次數不足。

16.錯移

錯移是鍛件沿分模面的上半部相對於下半部產生位移。產生的原因可能是:①滑塊(鎚頭)與導軌之間的間隙過大;②鍛模設計不合理,缺少消除錯移力的鎖口或導柱;③模具安裝不良。

17.軸線彎曲

鍛件軸線彎曲,與平面的幾何位置有誤差。產生的原因可能是:①鍛件出模時不注意;②切邊時受力不均;③鍛件冷卻時各部分降溫速度不一;④清理與熱處理不當 。

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