概して鍛造原材料の品質が悪かったり、鍛造工程が適切なタイミングで行われなかったりすると、鍛造割れが発生しやすくなります。
以下に、材質不良により鍛造割れが発生した事例をいくつか紹介します。
(1)鍛造インゴットの欠陥による亀裂
インゴットの欠陥の多くは、図に示すように、鍛造中に割れを引き起こす可能性があります。これは、2Cr13 スピンドル鍛造の中央の割れです。
これは、6Tインゴットが凝固する際の結晶化温度範囲が狭く、線収縮係数が大きいためです。
凝縮と収縮が不十分で、内部と外部の温度差が大きく、軸方向の引張応力が大きいため、デンドライトが割れ、インゴットに軸間亀裂が形成され、鍛造中にさらに拡大してスピンドル鍛造の亀裂になります。
この欠陥は次のように排除できます。
(1)溶鋼精錬時の純度を向上させる。
(2)インゴットをゆっくり冷却して熱応力を低減する。
(3)良質の加熱剤と断熱キャップを使用し、充填収縮能力を高める。
(4)センター圧縮鍛造工程を採用する。
(2)鍛造鋼の粒界に沿って有害な不純物が析出することで発生する亀裂。
鋼中の硫黄は、多くの場合、FeSの形で粒界に析出します。FeSの融点はわずか982℃です。鍛造温度である1200℃では、粒界のFeSが溶融し、液膜となって粒界を包み込みます。これにより、粒間の結合が破壊され、熱脆性が生じ、軽度の鍛造でも割れが発生します。
鋼中に含まれる銅を1100~1200℃の過酸化雰囲気中で加熱すると、選択酸化により表層に銅に富む領域が形成されます。オーステナイト中の銅の溶解度が銅の溶解度を超えると、銅は粒界に液膜状に分布し、銅脆性を引き起こし、鍛造が不可能になります。
鋼にスズやアンチモンが含まれていると、オーステナイト中の銅の溶解度が著しく低下し、脆化傾向が強まります。
鋼鍛造品は銅含有量が高いため、鍛造加熱中に表面が選択的に酸化され、粒界に沿って銅が濃縮され、粒界の銅に富む相に沿って核生成および拡大することで鍛造亀裂が形成されます。
(3)鍛造クラック不均一相(第2相)による
鋼中の第二相の機械的特性は、金属マトリックスのそれとは大きく異なる場合が多いため、変形流動時に付加的な応力が加わると、プロセス全体の塑性が低下します。局所的な応力が異質相とマトリックス間の結合力を超えると、分離が発生し、穴が形成されます。
たとえば、鋼鉄中の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、硫化物、ケイ酸塩など。
これらのフェーズは密であるとしましょう。
鎖分布、特に弱い結合力が存在する粒界に沿って、高温鍛造では割れが発生します。
20SiMn 鋼 87t インゴットの粒界に沿った微細 AlN 析出により生じた鍛造割れのマクロ形態は、酸化されて多面体柱状結晶として現れています。
顕微鏡分析により、鍛造割れは一次粒界に沿った大量の微細粒子 AlN 析出に関連していることが示されました。
対策としては鍛造割れを防ぐ結晶に沿って窒化アルミニウムが析出することによって生じる現象は次のとおりです。
1. 鋼に添加されるアルミニウムの量を制限し、鋼から窒素を除去するか、チタンを添加してAlNの析出を抑制する。
2. 熱間搬送インゴットと過冷却相変化処理プロセスを採用。
3. 熱供給温度(>900℃)を上げて直接熱鍛造します。
4.鍛造前に十分な均質化焼鈍処理を施し、粒界析出相を拡散させます。
投稿日時: 2020年12月3日