大型锻件缺陷及对策:锻造裂纹

在大锻造,当原材料质量较差或锻造工艺不当时,往往容易出现锻造裂纹。
下面介绍几起因材质不良而造成锻造裂纹的案例。
(1)锻造铸锭缺陷引起的裂纹

https://www.shdhforging.com/news/defects-and-countermeasures-of-large-forgings-forging-cracks

大部分钢锭的缺陷都可能造成锻造时开裂,如图所示为2Cr13锭锻件中心裂纹。
这是因为6T锭凝固时结晶温度范围较窄、线收缩系数较大。
由于冷凝收缩不充分,内外温差大,轴向拉应力大,枝晶开裂,在锭子内部形成轴间裂纹,在锻造时进一步扩展成为锭子锻件的裂纹。

可以通过以下方法消除缺陷:
(1)提高冶炼钢水纯度;
(2)铸锭缓慢冷却,减少热应力;
(3)使用良好的加热剂和保温帽,增加填充收缩能力;
(4)采用中心压锻工艺。

(2)锻造钢中有害杂质沿晶界析出而引起的裂纹。

钢中的硫常以FeS的形式沿晶界析出,FeS的熔点仅为982℃,在1200℃锻造温度下,晶界上的FeS会熔化并以液膜形式包围晶粒,破坏晶粒间的结合,产生热脆性,轻微锻造后就会出现开裂。

钢中含有的铜在1100~1200℃过氧化气氛中加热时,由于选择性氧化,在表层形成富铜区,当铜在奥氏体中的溶解度超过铜的溶解度时,铜以液膜形式分布在晶界处,形成铜脆性,无法进行锻造。
钢中若含有锡、锑,会严重降低铜在奥氏体中的溶解度,加剧脆化倾向。
由于钢锻件中铜含量较高,在锻造加热过程中,表面发生选择性氧化,使铜沿晶界富集,并沿晶界富铜相形核、扩展而形成锻造裂纹。

(3)锻造裂纹由异质相(第二相)引起

钢中第二相的力学性能往往与金属基体相差很大,因此变形流动时产生的附加应力将引起整体工艺塑性下降,一旦局部应力超过异相与基体之间的结合力,就会发生分离,形成孔洞。
例如钢中的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸盐等。
假设这些相是密集的。
链状分布,特别是沿晶界处存在较弱的结合力,高温锻造时会发生开裂。
20SiMn钢87t锭晶界处细小AlN析出引起的锻造开裂宏观形貌经氧化后呈现为多面体柱状晶。
微观分析表明,锻造开裂与沿初生晶界大量细晶AlN析出有关。

应对措施防止锻造开裂氮化铝沿晶体析出引起的缺陷有:
1、限制钢中加入铝的量,脱除钢中的氮或通过添加钛来抑制AlN的析出;
2、采用热交货锭及过冷相变处理工艺;
3、提高供热温度(>900℃),直接加热锻造;
4、锻造前进行充分的均匀化退火,使晶界析出相扩散。


发布时间:2020-12-03

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