大型鍛件鍛后熱處理的研究及注意事項(xiàng)
2021-04-29 17:28
admin
大型鍛件的白點(diǎn)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(diǎn)和氫脆，同時(shí)，去除鍛造應(yīng)力，降低硬度，細(xì)化晶?！，F(xiàn)將我們對(duì)大型鍛件鍛后熱處理有關(guān)白點(diǎn)的認(rèn)識(shí)撰寫(xiě)成文，以供參考。
1.有關(guān)鋼中白點(diǎn)的基本概念
（1）白點(diǎn)的危害性 白點(diǎn)是鋼中氫所引起的種內(nèi)部裂紋，固態(tài)鋼中含氤量過(guò)高時(shí)，鋼顯著變脆，從本質(zhì)來(lái)看，白點(diǎn)也屬于脆性破壞。白點(diǎn)的存在使鋼的力學(xué)性能特別是橫向塑性和韌性急劇降低，成為最危險(xiǎn)的斷裂源，嚴(yán)重影響零件的使用性能和壽命。因此，鍛件中一旦發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)，則該鍛件必須報(bào)廢。
（2）白點(diǎn)的形貌 在鍛件的縱向斷裂面上呈現(xiàn)為邊緣清晰的圓形或橢圓形銀白色斑點(diǎn)，在橫向低倍試片上為發(fā)絲狀小裂紋，長(zhǎng)度幾毫米，最大幾十毫米。
（3）白點(diǎn)產(chǎn)生的條件及形成溫度 在鍛造后，鋼中的氫與應(yīng)力（變形應(yīng)力、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，特別是組織應(yīng)力)聯(lián)合作用下產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)是鍛件毛坯冷卻到比較低的溫度時(shí)形成的（約250℃至室溫這一范圍）。
（4）氫和應(yīng)力在形成白點(diǎn)中的相互關(guān)系 鋼中含有足夠數(shù)量的氫是形成白點(diǎn)的必要條件，內(nèi)應(yīng)力的存在具有促進(jìn)白點(diǎn)形成的作用。
（5）白點(diǎn)的三大特點(diǎn) ①白點(diǎn)從來(lái)不在鍛件的表面形成。根據(jù)有關(guān)資料表明，其形成總是在鍛件內(nèi)部，含有白點(diǎn)的區(qū)域離鍛件表面有相當(dāng)一段距離，約50mm。②白點(diǎn)是在鍛后，當(dāng)鍛件冷卻到比較低的溫度(250℃至室溫)時(shí)形成。③白點(diǎn)不是瞬間形成，而是逐漸形成的。從停鍛到出現(xiàn)白點(diǎn)，需要經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)間稱(chēng)之為白點(diǎn)形成的孕育期或潛伏期。孕育期的長(zhǎng)短取決于鋼的含氫量，同時(shí)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(jìn)行的熱處理稱(chēng)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(yīng)力，重結(jié)晶細(xì)化品粒，同時(shí)去氫。
（1）重結(jié)品處理 大型鍛件經(jīng)過(guò)多次重結(jié)晶處理，使晶粒細(xì)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(diǎn)、氫脆的危險(xiǎn)。
由于氫在相、a相中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，特別是氫在a相中的溶解度低，而擴(kuò)散系數(shù)大，這就使得在退火過(guò)程中氫得以不斷向外擴(kuò)散。
去氫退火往往與重結(jié)晶合并進(jìn)行。去氫退火的溫度通常在650℃。退火后應(yīng)盡可能緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。一般冷卻分為兩個(gè)階段：400℃以上，由于鋼的塑性好，內(nèi)應(yīng)力不易形成，所以冷卻可快一些，400℃以下，冷速就要放慢。
對(duì)于合金元素較多、性能要求較高的鍛件，鍛后要求進(jìn)行一次甚至多次重結(jié)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(duì)白點(diǎn)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(diǎn)敏感性就越大。鋼中的氫可以呈原子狀態(tài)、分子狀態(tài)或化合物狀態(tài)存在，對(duì)形成白點(diǎn)有決定作用的是原子。防止白點(diǎn)產(chǎn)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(wú)白點(diǎn)的極限氫含量以下。
（1）減少鋼中氫含量的主要途徑 煉鋼過(guò)程中對(duì)鋼液進(jìn)行真空脫氣或采用真空澆注的方法，對(duì)某些有更高要求的鍛件，可采用電渣重熔工藝進(jìn)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(kuò)散出去。
（2）防止白點(diǎn)的措施 防止鋼中形成白點(diǎn)的方法包括兩個(gè)方面： 是設(shè)法盡量減少鋼液中的含氫量，創(chuàng)造條件使氫氣從鋼坯中擴(kuò)散逸出；二是減少冷卻時(shí)鋼坯中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，特別是組織應(yīng)力。
為了減少鋼材的含氫量，冶煉中盡量少用或不用嚴(yán)重銹蝕的廢鋼；使用新焙燒或經(jīng)過(guò)加熱的石灰；使用經(jīng)過(guò)加熱的鐵合金；煉鋼工具要經(jīng)過(guò)充分干燥和烘烤，澆注系統(tǒng)要干燥，鋼液溫度不可過(guò)高，以免過(guò)分吸收氫氣，保證足夠長(zhǎng)時(shí)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(dāng)黏稠些等。
4.大型鍛件鍛后熱處理中的注意事項(xiàng)
（1） 鋼材的采購(gòu)及儲(chǔ)備 在采購(gòu)鋼材時(shí)應(yīng)在春夏秋冬的季節(jié)上加以選擇，為了保證鋼材在純凈度方面達(dá)標(biāo)，避開(kāi)每年中的梅雨季節(jié)對(duì)鋼材的影響，在鋼材數(shù)量上要有一定量的儲(chǔ)備，在確保質(zhì)量的前提下以備急需。
（2）白點(diǎn)的敏感性 鍛件在冷卻過(guò)程中，其表面的氫容易擴(kuò)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(chǎn)生白點(diǎn)。隨鍛件截面的增大，鋼的偏析程度也越嚴(yán)重，更容易促進(jìn)白點(diǎn)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(shí)心鍛件（如齒輪軸）的白點(diǎn)敏感性要小。
wc<0.3%的低碳鋼白點(diǎn)敏感性極低。隨著含成量的增加，鋼的白點(diǎn)敏感性增加。鍛件般后冷卻速度越快，白點(diǎn)敏感性越大。
不產(chǎn)生白點(diǎn)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(chǎn)條件下wc<0.3%、ww<0.6%的碳素鋼也不會(huì)形成白點(diǎn)因此對(duì)這類(lèi)鋼沒(méi)有必要在鍛后做去氣氫退火。
對(duì)白點(diǎn)敏感的鋼：珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較小，馬氏體一珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較大，馬氏體鋼白點(diǎn)敏感性最大。如：20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2Mo、40CrNi2Mo、40CrNiMo等。馬氏體鋼白點(diǎn)極限含氣量為 ≤1.8×10。
（3）對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)而報(bào)廢的大型鍛件進(jìn)行改鍛對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)的鍛件可以通過(guò)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(jìn)行緩冷和退火，可挽回一部分報(bào)廢的損失。
（4） 交付鍛件的同時(shí)提供質(zhì)檢報(bào)告鍛造廠(chǎng)在交付鍛件的同時(shí)，必須出具:①純凈度[H]、[N]、[O]含量。②化學(xué)成分、力學(xué)性能。③鍛造比。④超聲波無(wú)損檢測(cè)等相關(guān)內(nèi)容的質(zhì)檢報(bào)告。
1.有關(guān)鋼中白點(diǎn)的基本概念
（1）白點(diǎn)的危害性 白點(diǎn)是鋼中氫所引起的種內(nèi)部裂紋，固態(tài)鋼中含氤量過(guò)高時(shí)，鋼顯著變脆，從本質(zhì)來(lái)看，白點(diǎn)也屬于脆性破壞。白點(diǎn)的存在使鋼的力學(xué)性能特別是橫向塑性和韌性急劇降低，成為最危險(xiǎn)的斷裂源，嚴(yán)重影響零件的使用性能和壽命。因此，鍛件中一旦發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)，則該鍛件必須報(bào)廢。
（2）白點(diǎn)的形貌 在鍛件的縱向斷裂面上呈現(xiàn)為邊緣清晰的圓形或橢圓形銀白色斑點(diǎn)，在橫向低倍試片上為發(fā)絲狀小裂紋，長(zhǎng)度幾毫米，最大幾十毫米。
（3）白點(diǎn)產(chǎn)生的條件及形成溫度 在鍛造后，鋼中的氫與應(yīng)力（變形應(yīng)力、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，特別是組織應(yīng)力)聯(lián)合作用下產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)是鍛件毛坯冷卻到比較低的溫度時(shí)形成的（約250℃至室溫這一范圍）。
（4）氫和應(yīng)力在形成白點(diǎn)中的相互關(guān)系 鋼中含有足夠數(shù)量的氫是形成白點(diǎn)的必要條件，內(nèi)應(yīng)力的存在具有促進(jìn)白點(diǎn)形成的作用。
（5）白點(diǎn)的三大特點(diǎn) ①白點(diǎn)從來(lái)不在鍛件的表面形成。根據(jù)有關(guān)資料表明，其形成總是在鍛件內(nèi)部，含有白點(diǎn)的區(qū)域離鍛件表面有相當(dāng)一段距離，約50mm。②白點(diǎn)是在鍛后，當(dāng)鍛件冷卻到比較低的溫度(250℃至室溫)時(shí)形成。③白點(diǎn)不是瞬間形成，而是逐漸形成的。從停鍛到出現(xiàn)白點(diǎn)，需要經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)間稱(chēng)之為白點(diǎn)形成的孕育期或潛伏期。孕育期的長(zhǎng)短取決于鋼的含氫量，同時(shí)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(jìn)行的熱處理稱(chēng)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(yīng)力，重結(jié)晶細(xì)化品粒，同時(shí)去氫。
（1）重結(jié)品處理 大型鍛件經(jīng)過(guò)多次重結(jié)晶處理，使晶粒細(xì)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(diǎn)、氫脆的危險(xiǎn)。
由于氫在相、a相中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，特別是氫在a相中的溶解度低，而擴(kuò)散系數(shù)大，這就使得在退火過(guò)程中氫得以不斷向外擴(kuò)散。
去氫退火往往與重結(jié)晶合并進(jìn)行。去氫退火的溫度通常在650℃。退火后應(yīng)盡可能緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。一般冷卻分為兩個(gè)階段：400℃以上，由于鋼的塑性好，內(nèi)應(yīng)力不易形成，所以冷卻可快一些，400℃以下，冷速就要放慢。
對(duì)于合金元素較多、性能要求較高的鍛件，鍛后要求進(jìn)行一次甚至多次重結(jié)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(duì)白點(diǎn)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(diǎn)敏感性就越大。鋼中的氫可以呈原子狀態(tài)、分子狀態(tài)或化合物狀態(tài)存在，對(duì)形成白點(diǎn)有決定作用的是原子。防止白點(diǎn)產(chǎn)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(wú)白點(diǎn)的極限氫含量以下。
（1）減少鋼中氫含量的主要途徑 煉鋼過(guò)程中對(duì)鋼液進(jìn)行真空脫氣或采用真空澆注的方法，對(duì)某些有更高要求的鍛件，可采用電渣重熔工藝進(jìn)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(kuò)散出去。
（2）防止白點(diǎn)的措施 防止鋼中形成白點(diǎn)的方法包括兩個(gè)方面： 是設(shè)法盡量減少鋼液中的含氫量，創(chuàng)造條件使氫氣從鋼坯中擴(kuò)散逸出；二是減少冷卻時(shí)鋼坯中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，特別是組織應(yīng)力。
為了減少鋼材的含氫量，冶煉中盡量少用或不用嚴(yán)重銹蝕的廢鋼；使用新焙燒或經(jīng)過(guò)加熱的石灰；使用經(jīng)過(guò)加熱的鐵合金；煉鋼工具要經(jīng)過(guò)充分干燥和烘烤，澆注系統(tǒng)要干燥，鋼液溫度不可過(guò)高，以免過(guò)分吸收氫氣，保證足夠長(zhǎng)時(shí)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(dāng)黏稠些等。
4.大型鍛件鍛后熱處理中的注意事項(xiàng)
（1） 鋼材的采購(gòu)及儲(chǔ)備 在采購(gòu)鋼材時(shí)應(yīng)在春夏秋冬的季節(jié)上加以選擇，為了保證鋼材在純凈度方面達(dá)標(biāo)，避開(kāi)每年中的梅雨季節(jié)對(duì)鋼材的影響，在鋼材數(shù)量上要有一定量的儲(chǔ)備，在確保質(zhì)量的前提下以備急需。
（2）白點(diǎn)的敏感性 鍛件在冷卻過(guò)程中，其表面的氫容易擴(kuò)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(chǎn)生白點(diǎn)。隨鍛件截面的增大，鋼的偏析程度也越嚴(yán)重，更容易促進(jìn)白點(diǎn)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(shí)心鍛件（如齒輪軸）的白點(diǎn)敏感性要小。
wc<0.3%的低碳鋼白點(diǎn)敏感性極低。隨著含成量的增加，鋼的白點(diǎn)敏感性增加。鍛件般后冷卻速度越快，白點(diǎn)敏感性越大。
不產(chǎn)生白點(diǎn)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(chǎn)條件下wc<0.3%、ww<0.6%的碳素鋼也不會(huì)形成白點(diǎn)因此對(duì)這類(lèi)鋼沒(méi)有必要在鍛后做去氣氫退火。
對(duì)白點(diǎn)敏感的鋼：珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較小，馬氏體一珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較大，馬氏體鋼白點(diǎn)敏感性最大。如：20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2Mo、40CrNi2Mo、40CrNiMo等。馬氏體鋼白點(diǎn)極限含氣量為 ≤1.8×10。
（3）對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)而報(bào)廢的大型鍛件進(jìn)行改鍛對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)的鍛件可以通過(guò)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(jìn)行緩冷和退火，可挽回一部分報(bào)廢的損失。
（4） 交付鍛件的同時(shí)提供質(zhì)檢報(bào)告鍛造廠(chǎng)在交付鍛件的同時(shí)，必須出具:①純凈度[H]、[N]、[O]含量。②化學(xué)成分、力學(xué)性能。③鍛造比。④超聲波無(wú)損檢測(cè)等相關(guān)內(nèi)容的質(zhì)檢報(bào)告。
