车轮锻后冷却缺陷产生的原因

2020-07-28 00:00:00 1

     车轮锻件锻后冷却是指结束锻造后从终锻温度冷却到室温的过程。锻造后的锻件如果冷却方法选 择不当,在实际生产中某些锻件有时会产生裂纹甚至报废。因此,要重视锻造后冷却方式的选择。对于一般钢料的小锻件,锻后可直接放在地上空冷?对合金钢锻件或大型锻件,则应考 虑合金元素含量和断面尺寸大小来确定合适的冷却规范。否则容易产生各种缺陷。锻后冷却 过程常见的缺陷有:裂纹、白点、网状碳化物等。

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1.裂纹

      车轮锻件锻后冷却裂纹是由于冷却过程中产生的内应力引起的,按冷却时内应力产生的原因 不同有:温度应力、组织应力和残余应力。温度应力是锻件在冷却过程中内外温度不同,造成收缩不一致而产生。冷却初期表层冷 却快,表面收缩受到心部阻碍,在表面产生拉应力,心部产生压应力。随冷却继续进行,如 果锻件为抗力较小的软钢,表面微量塑性变形可松弛表面拉应力,冷却后期,表面温度降到 常温,心部温度高,继续收缩,表面会阻碍心部的收缩,结果造成表面为压应力,心部为拉 应力,如图3-23 (a)所示,这种情况产生内裂的倾向性较大。对于抗力大难变形的硬钢, 冷却初期表面拉应力得不到松弛,到了冷却后期,心部收缩对表面产生的附加压应力只能降 低一部分表面拉应力,不会使温度应力方向发生改变,结果表面仍为拉应力,心部为压应力,如图3-23 (b)所示,这种情况产生外裂倾向性较大。

     组织应力是锻件在冷却过程中发生相变,表里发生相变的时间和相的比体积不同而产生 应力,如马氏体比容要比奥氏体大,当锻件表面冷却到马氏体转变温度时,表面首先发生马 氏体转变,而心部仍处于奥氏体态,因此锻件表面体积膨胀受到心部制约,这时产生的组织 应力是表面受压应力,心部为拉应力,,心部组织的塑韧性较高,通过 局部塑性变形可以缓和上述应力。但当心部发生马氏体转变时,心部体积膨胀,受到表面的 阻碍,引起表面为拉应力,心部为压应力。实际生产中锻件尺寸越大,热导率越小,温度应 力和组织应力越大。残余应力是锻件在成形过程中,因变形不均匀、加工硬化而引起的应力,未能及时得到 再结晶软化而消除,锻后仍保留在锻件中的应力。当这三种应力叠加超过钢材的强度极限 时,会在锻件相应部位产生裂纹,如内部内裂、表层外裂。因此,锻好的锻件不能随意冷 却。如含碳量较高的钢在700°C以下不能快冷,需要进人缓冷坑缓冷,中低碳钢、中小型锻 件和低合金钢锻件可采用空冷。

2.白点

   车轮锻件锻后冷却不当可能会产生白点,白点是钢中的氢和内应力共同作用在锻件内部形成 的一种极细小的脆性裂纹,在钢的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点。合金钢中的白 点色泽光亮,碳素钢较暗。白点的尺寸由几毫米到几十毫米。从显微组织上观察,白点附近 区域没有发现塑性变形的痕迹。因此,白点是纯脆性的。白点不仅导致力学性能急剧下降, 而且在热处理淬火时会使零件开裂,或零件在使用过程中发生延迟破坏而突然断裂。因此, 锻件中不允许存在白点缺陷。白点多发生在珠光体组织和马氏体组织的合金钢中,碳素钢程 度较轻,奥氏体、铁素体组织的钢和莱氏体合金钢极少发现白点缺陷。为防止白点缺陷,热处理时可采用铁素体区等温处理,使氢逸出,因为氢在a-Fe中溶 解度要小于在y-Fe中溶解度,在所有温度下氢在a-Fe中扩散系数都远大于y-Fe中的扩散系 数,因此在铁素体区等温处理有利于氢的逸出。对于碳钢可在620?660°C等温处理,对于 白点敏感性较高的合金钢可先进行280?330°C等温处理后然后升温至580?660°C等温处理,均可减小锻件中的氢。随着目前熔炼技术的提高和炉外精炼技术应用,材料中氢的含量降 低,氢脆的危害减少。

3.网状碳化物

过共析钢和碳量较高的合金钢终锻温度较高并在锻后缓冷时,特别是在区间 缓冷,奥氏体将析出大量的二次碳化物,由于碳原子具有较大的活动能力和足够的时间扩散 到晶界,便沿着奥氏体晶界形成网状碳化物。当网状碳化物较严重时,用一般热处理方法不 易消除,使材料的冲击韧性降低,热处理淬火时常引起龟裂。

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