【正文】 2 白點對22CrMnMo鋼力學(xué)性能的影響 試樣編號取樣方向力 Mo=S=因此，鍛造白點敏感性鋼的大型鍛件時就應(yīng)特別注意，例如電站的轉(zhuǎn)子和葉輪鍛件等。因此，白點是一種不允許的缺陷。白色斑點的平均直徑由幾毫米到幾十毫米。第３章 白 為提高材料的塑性，從組織上應(yīng)避免晶界上出現(xiàn)低熔點物質(zhì)和脆性化合物。 應(yīng)變速度對于低塑性材料有很大的影響，應(yīng)根據(jù)具體材料選用合適的鍛造設(shè)備。應(yīng)力狀態(tài)的影響在有些文獻中用靜水壓力來衡量，當(dāng)溫度和應(yīng)變速度一定時，由拉應(yīng)力引起開裂的條件為cσ≌abp+cε 具有裂紋的鍛件經(jīng)加熱后，裂紋附近有嚴(yán)重的氧化脫碳，冷卻裂紋則無此現(xiàn)象。這可以從工藝過程調(diào)查和組織分析中進一步判別。當(dāng)夾雜物集中在金屬的某些地區(qū)并呈條帶狀分布時，條帶方向便是裂紋擴展阻力最小的方向。圖片217為裂紋沿硫化錳夾雜擴展的情況。在此種情況下，微觀裂紋往往產(chǎn)生在它們交界處，這是他們之間結(jié)合力較弱的緣故。 ③第二相為強度低于基體的韌性相。脆性物質(zhì)包括：碳化物、氮化物、氧化物、硅酸鹽、硼化物及金屬間化合物。圖片29 折疊尾端擴展的裂紋 400 圖210 50鋼法蘭盤鍛件表面龜裂 鍛造所用的原材料通常是不均勻的。 鍛造過程中，首先在應(yīng)力最大，先滿足塑性條件的地方發(fā)生塑性變形。 從大量的鍛件裂紋實例分析和重復(fù)試驗中可以觀察到，金屬材料的組織和性能是否均勻，對裂紋有重要影響。因此，加熱時坯料一般是橫向開裂。對于馬氏體不銹鋼即使采取一些緩冷措施，仍必須退火后才能進行酸洗，否則在腐蝕時易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。雖然冷卻初期溫差較大，表層為拉應(yīng)力（中心部分受壓應(yīng)力），但因溫度較高，塑性較好，不致引起開裂；冷卻后期溫差不太大，且表層受壓應(yīng)力，所以也不引起開裂。 組織的變化是在一定的溫度區(qū)間內(nèi)完成的。冷卻初期工件表層溫度較心部明顯降低，表層的收縮趨勢受到心部的阻礙，在表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，在心部產(chǎn)生與其平衡的壓應(yīng)力，隨著冷卻過程的進行，這種趨勢進一步發(fā)展。 如擠壓后的黃銅棒，在潮濕的空氣中，常由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生開裂。工件的幾何形狀對應(yīng)力分布有明顯影響?！毫庸どa(chǎn)中，在下列一些情況，由外力作用可能引起裂紋：彎曲和校直、脆性材料鐓粗、沖頭擴孔、扭轉(zhuǎn)、拉拔、拉伸、脹形和內(nèi)翻邊等，現(xiàn)結(jié)合幾個工序說明如下。例如，①對于塑性材料的扭轉(zhuǎn)，由于最大正應(yīng)力與切應(yīng)力之比σ/τ=1是剪斷破壞；②對于低塑性材料，由于不能承受大的拉應(yīng)變，扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生45176。　在外力作用下物體內(nèi)各點處于一定應(yīng)力狀態(tài)，在不同的方位將作用不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。鍛造工藝過程中除了工具給予工件的作用力之外，還有由于變形不均勻和變形速度不同引起的附加應(yīng)力、由溫度不均勻引起的熱應(yīng)力和由組織轉(zhuǎn)變不同時進行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。掌握和正確運用這些規(guī)律，便可以在實踐中避免產(chǎn)生折疊。 拔長時折疊形成過程示意圖圓角R應(yīng)適當(dāng)大些，模鍛時第一、二、錘應(yīng)輕些。這種折疊的位置與圖314b所示不同，一般都在腹板以上（或以下）的輪緣上。輥鍛和軋制時也常產(chǎn)生這種類型的折疊。l/d ≤～3在錘上模鍛時，尤其模鍛鋁合金鍛件時，也常用這種方法。2）創(chuàng)造條件，使終鍛時由中間部分排出的金屬量尺可能向上、下型腔中流動，繼續(xù)充填模腔。因此，為防止產(chǎn)生折疊，應(yīng)當(dāng)采取如下對策：當(dāng)l/t較大、筋與腹板之間的圓角半徑過小，潤滑劑過多和變形太快時，較易產(chǎn)生這種缺陷。因此，這類鍛件應(yīng)使腹板適當(dāng)?shù)暮褚恍?。但?dāng)壓余高度h較小，尤其當(dāng)擠壓比較大時，與凸模端面中間處接觸的部分金屬便被拉著離開凸模端面，并往孔口部分流動，于是在制件中產(chǎn)生圖312所示的縮孔。因此，應(yīng)保證坯料尺寸合適，操作時將坯料放正，初擊時輕一些等。如圓角半徑較大時，折疊就可能全部在飛邊內(nèi)，圓角半徑較小時折疊就可能進入鍛件內(nèi)部。折疊的類型形成原因，大致有下列幾種：①可能是兩股（或多股）流動金屬對流匯合而形成的；②可能是一股金屬急速大量的流動，將鄰近的表層金屬帶著流動而形成的；③可能是變形金屬彎曲、回流并進一步發(fā)展而形成的；④也可能是一部分金屬的局部變形被壓入到另一部分金屬內(nèi)形成的。例如，有折疊的零件在進行調(diào)質(zhì)處理時，折疊尾端常常要擴展，后擴展的部分就是裂紋，其末端呈尖形，其表面一般無氧化、脫碳現(xiàn)象（圖18）。③折疊兩側(cè)有較重的氧化、脫碳現(xiàn)象（圖17）。 鍛件經(jīng)酸洗后，一般折疊用肉眼可以觀察到。有時，在折疊之前先有折皺，這時尾端一般呈枝叉形（或雞爪形）（圖13及圖16）。但是，鍛件上的折疊經(jīng)進一步變形和熱處理等工序之后，形態(tài)將發(fā)生某些變化，需要具體分析。折疊尾端呈枝叉形圖14 折縫處的流線 10 圖15 　 圖16 折疊尾端呈枝叉形 50圖17 折紋兩側(cè)脫碳情況 100 圖18 折疊尾端擴展的裂紋 400各種鍛件，尤其是各種形狀模鍛件的折疊形式和位置一般是有規(guī)律的。2）彎軸和帶枝叉的鍛件，模鍛時常易由兩股流動金屬匯合形成折疊，如圖1110所示。折疊的起始位置與模鍛前坯料在此處的圓角半徑、金屬量有關(guān)。 ②保證此部分有足夠的金屬量，使模鍛時折疊的起始點被擠進飛邊部分。 擠壓時，當(dāng)擠壓坯料較高（H較大）時，與凸模端面接觸的部分金屬，由于摩擦阻力很大不易變形。當(dāng)腹板較薄時常產(chǎn)生折疊（圖313a），腹板較厚時則不產(chǎn)生（圖313b）。因此產(chǎn)生這種折疊有三個條件：靠近接觸面ab附近的金屬要有流動；必須沿水平方向外流；由中間部分排出的金屬量較大。 靠近接觸面ab附近的金屬能否流動，與鍛件尺寸直接有關(guān)，故一般是不易改變的，但是可以控制其流量和方向。帶孔鍛件胎模鍛時，一般先在坯料上沖出通孔，然后終鍛。再鍛打時便形成折疊（圖320）。以齒輪鍛件為例，折疊形成的過程如圖321所示。為防止產(chǎn)生這種折疊，應(yīng)當(dāng)使鐓粗后的坯料直徑D坯越過輪緣寬度的一半，最好接近于輪緣寬度的三分之二，即D坯≈D1+4/3b（圖322）。避免產(chǎn)生這種折疊的對策是增大送進量，使每次送進量與單邊壓縮量之比大于1～，即2l/△h ＞1～.圖323實際生產(chǎn)中折疊的形式是多種多樣的，但其類型形成原因大致不外乎以上幾種。鍛造工藝過程（包括加熱和冷卻）中裂紋的產(chǎn)生與受力情況、變形金屬的組織結(jié)構(gòu)、變形溫度和變形速度等有關(guān)。全面分析裂紋的成因應(yīng)當(dāng)綜合地進行力學(xué)和組織的分析。也與材料所能承受的極限變形程度εmax及γmax有關(guān)。　下面分析不同外力引起開裂的情況。塑性好的材料鐓粗時則產(chǎn)生縱裂，這主要是附加應(yīng)力引起的。（2）由流速不均引起的附加應(yīng)力附加應(yīng)力在外力消除后，仍以殘余應(yīng)力的形式留在工件內(nèi)部，這是產(chǎn)生延時開裂的主要原因。 對于無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的鍛件，在鍛后空冷或其它緩慢的冷卻過程中，熱應(yīng)力通常并不引起嚴(yán)重后果。高速鋼冷卻裂紋（圖片26）及馬氏體不銹鋼冷卻裂紋（圖片27）附近沒有氧化脫碳現(xiàn)象也證明了這一點。在加熱初期金屬尚處于彈性狀態(tài)的時候，在加熱速度不變的條件下，根據(jù)計算，在圓柱體坯料軸心區(qū)沿軸向的拉應(yīng)力是沿徑向和切向拉應(yīng)力值的兩倍。在高溫下某些材料晶界上的低熔點物質(zhì)發(fā)生熔化，嚴(yán)重降低材料的塑性；同時，在高溫下周圍介質(zhì)中的某些元素（硫、銅等）沿晶界向金屬內(nèi)擴散，引起晶界上第二相的非正常出現(xiàn)和晶界的弱化；另外，基體金屬與某些相的接口由于兩相在力學(xué)性能和理化性能上的差異結(jié)合力較弱。 ②晶界存在脆性的第二相或非全屬的夾雜物。3）第二相及非金屬夾雜與基體之間在力學(xué)性能和理化性能上有差異。（2）微觀裂紋的擴展各主要成形工序中常見的缺陷與對策圖片216為高速鋼鍛件沿碳化物帶開裂。例如當(dāng)二相呈細小均勻分布時，宏觀裂紋的擴展方向往往與正應(yīng)力的垂直方向或切應(yīng)力的方向一致（圖片8316和圖片8355）。舉例如下：對于產(chǎn)生龜裂的鍛件，粗略分析可能是：①由于過燒；②由于易溶金屬滲入基體金屬（如銅滲人鋼中）；③應(yīng)力腐蝕裂紋；④鍛件表面嚴(yán)重脫碳。由前面分析可以看出，裂紋的產(chǎn)生與受力情況和材料的塑性有關(guān)，塑性是材料的一種狀態(tài)，它不僅取決于變形物體的組織結(jié)構(gòu)，而且還取決于變形的外部條件（包括應(yīng)力狀態(tài)、變形溫度和變形速度）。P——靜水壓力，即三個主應(yīng)力的平均值，拉為正，壓為負；“ 高溫均勻化可以改善組織不均勻性， 提高材料的塑性。合金鋼白點的色澤光亮，碳素鋼的較暗些。國外電站設(shè)備曾發(fā)生因轉(zhuǎn)子和葉輪中有白點而造成的嚴(yán)重事故。鍛件尺寸愈大，白點愈易形成。 Ni=這里的組織應(yīng)力主要指奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和珠光體時形成的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)含氫量達到某數(shù)值時，塑性急劇地下降，造成氫脆現(xiàn)象。氫原子在這里將結(jié)合成分子狀態(tài)，并產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力（%，溫度為400℃時，這種壓力可高達1200MPa以上）。 白點常常是鍛件冷卻至室溫后幾小時或幾十小時，甚至更長的一段時間后才產(chǎn)生的。嚴(yán)格控制煉鋼操作過程，采用真空澆注等是很有效的措施。為了消除白點，制定冷卻規(guī)范的主要原則是：在盡量減小各種應(yīng)力（相變組織應(yīng)力、變形殘余應(yīng)力及冷卻溫度應(yīng)力等）的條件下在氫擴散速度最快的溫度區(qū)間，長時間保溫，使氫能使氫能從鋼錠中充分?jǐn)U散出來。試驗證明，在這兩個奧氏體分解比較快的溫度范圍內(nèi)，氫擴散的速度也是最快的。 氫的擴散速度與溫度的曲線 圖35為34CrNiMoφ1030mm轉(zhuǎn)子鍛件的冷卻曲線。 對珠光體類鋼鍛件，鍛完后冷卻到Ac1以下50～150℃，使奧氏體分解為珠光體，再加熱到Ac1以下20～50℃，長時間保溫（根據(jù)鍛件尺寸大約幾小時到十幾小時，保溫過程中使組織應(yīng)力充分消除，并使氫逸出），然后緩慢冷卻；或者鍛后冷卻至Ac1以下50～150℃，再熱至Ac3以上20～30℃（過共析鋼為Ac1以上20～30℃）保溫，再冷卻至Ac1以下50～60℃長時間保溫，以后緩慢冷卻。流線彎曲呈回流狀者稱為渦流（圖片43），其嚴(yán)重者呈旋渦狀。（二）纖維組織對性能的影響 能（平）橫向（90176。）橫向（沿寬度）橫向（沿高度）410380350280250—1075—————————纖維組織對不同材料橫向塑性指針的影響程度不一樣，是因為不同材料的雜質(zhì)和化合物的種類、性質(zhì)和含量不一樣。 纖維方向?qū)佑|疲勞性能有很大影響。 對受力比較簡單的零件，如水壓機立柱、葉片、曲軸、扭力軸等應(yīng)盡量使流線與零件的幾何外形相符合，使流線方向與最大拉應(yīng)力方向一致。 高速鋼發(fā)具和Cr12型鋼沖模，工作部分是刃口，常常由于碳化物分布不均而產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，因此，應(yīng)盡可能地將碳化物打碎產(chǎn)均勻分布，不希望有呈帶狀的碳化物。切肩時盡量用圓角大一些的工具。例如，圖410所示的分模情況，圖410a所示情況常易形成穿流，甚至產(chǎn)生折疊（圖410b）；而圖410c就較合理。因此，可以按照避免產(chǎn)生折疊的道理來解決模鍛件中的流線的合理分布問題。輥鍛葉片的纖維方向與幾何外形一致（圖片411），與用方坯銑削的葉片相比，力學(xué)性能得到了全面提高（表42和43）。 機 第5章 過熱、過燒 鍛造工藝過程中，如果加熱溫度控制不當(dāng)常常容易引起鍛件過熱的現(xiàn)象。至于晶粒粗大到什么程度算過熱，應(yīng)視具體材料而有所不同。碳鋼、9Cr18不銹鋼、軸承鋼、彈簧鋼中也發(fā)生類似情況。鍛件過燒后往往無法挽救，只好報廢。對沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬材料根本不存在這種問題，因為只要過熱就是穩(wěn)定的，用熱處理的辦法不能消除。（二）析出相引起的穩(wěn)定過熱 存在有穩(wěn)定過熱組織的零件受力時，沿晶界（或?qū)\晶界）析出的第二相質(zhì)點，常常是促成微觀裂紋的起因，引起晶界弱化，促使沿原高溫奧氏體晶界（或?qū)\晶界）斷裂（尤其當(dāng)基體韌性較好時）。近年來研究結(jié)果表明，引起穩(wěn)定過熱的析出相不僅有硫化物（MnS），還有碳化物，氮化物、硼化物（M23CB）以及碳氮化鈦（TiCN）、硫碳化鈦（Ti2SC）等。 形成穩(wěn)定過熱的充分和必要條件是：①高溫加熱使奧氏體晶粒粗化；②冷卻后沿原高溫奧氏體晶界（或?qū)\晶界等）大量析出高溫穩(wěn)定的第二相或者存在其它促使原高溫奧氏體晶界穩(wěn)定和弱化的因素。如果析出相的質(zhì)點很大，但密度極低，也不易形成穩(wěn)定過熱。9Cr18不銹鋼的一次碳化物固溶溫度也在1000℃以上。過熱后冷卻速度對是否形成穩(wěn)定過熱及其穩(wěn)定程度有重要影響，它影響著析出相的數(shù)量和密度。 （3）塑性變形及熱處理對穩(wěn)定過熱的影響 塑性變形可以破碎過熱形成的粗大奧氏體晶粒并破壞其沿晶界析出相的連續(xù)網(wǎng)狀分布，因此可以改善或消除穩(wěn)定過熱。試驗表明已經(jīng)形成穩(wěn)定過熱，呈現(xiàn)石狀斷口的 18Cr2Ni4WA和 45鋼，經(jīng)重新加熱改鍛，當(dāng)鍛造比大于 4時，可基本消除穩(wěn)定過熱的組織，獲得正常的纖維狀斷口。1）嚴(yán)格控制加熱溫度，盡可能縮短高溫保溫時間。這種粗大晶粒的遺傳，使材料的力學(xué)性能，特別是韌性明顯降低。馬氏體、貝氏體組織在加熱相變時可能產(chǎn)生兩種奧氏體形態(tài)，即針狀（條狀）奧氏體和球狀奧氏體、針狀奧氏體與母相保持一定的位向關(guān)系，才導(dǎo)致晶粒遺傳，而球狀奧氏體則不然。由圖39中可以看到，加熱溫度愈高時，奧氏體晶粒愈粗大，合金元素固溶的愈充分，愈均勻，冷卻和以后加熱時，愈易按有序轉(zhuǎn)變的方式進行，保持位元向關(guān)系。（3）加熱速度因此，這里僅討論緩慢加熱和較快速加熱對組織遺傳的影響。緩慢加熱時，相變硬化的效應(yīng)相對低些，而且在高溫下相變應(yīng)力部分地得到松弛，從而提高再結(jié)晶溫度，增大晶粒遺傳的傾向。使C曲線右移，促使形成馬氏體、貝氏體的合金元素（如 Cr、Ni、Mo等）易引起晶粒遺傳，強烈形成