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關注創建者:匿名 創建時間:2021-08-26

鍛造裂紋的實例教程
裂紋的種類紛繁多樣:原材料裂紋、熱處理裂紋、鍛造裂紋等,讓人頭暈眼花。如何識別它們便是一門很重要的課程,這樣便于準確查找裂紋發生在哪一工序,有利于分析裂紋產生的原因。
首先,需對“原材料裂紋”和“鍛造裂紋”先確定概念,對鍛造后出現的裂紋,都應理解為“鍛造裂紋”,只不過,導致鍛造裂紋產生的主要因素可以再分成:
1、原材料缺陷所致的鍛造裂紋;
2、鍛造工藝不當所致的鍛造裂紋。
從裂紋宏觀形態先進行大致區分,橫向一般與母材無關,縱向裂紋需要結合裂紋形態與鍛打工藝等結合分析。
裂紋兩側有脫碳,肯定是鍛造過程中產生的,至于是原材料還是鍛造工藝造成的,這就需要根據金相和工藝過程去分析。
對同一批次同種型號的工件,鍛造裂紋基本都在一個位置,在顯微鏡下延伸比較淺,兩邊有脫碳。而材料裂紋不一定在同一位置重復出現,顯微鏡下深淺不一。多看多分析,還是有一定規律的。
材料裂紋多半是與材料縱向一致的。而鍛打裂紋有兩種,一種是過熱過燒造成的,裂紋附近有氧化脫碳現象。還有一種是打冷鐵也會造成發裂,這一種有晶格破壞撕裂的現象。從金相上可以區別開來。
展開 鍛鋼件磁粉探傷
(1)鍛鋼件探傷的特點:鍛造加工成型方法一般分為自由鍛和模鍛兩大類。
其工藝流程為:下料——加熱——鍛造——(切邊)——探傷——機械加工——熱處理——探傷——(表面熱處理——探傷)——表面處理——成品交付。
其中,鍛造過程容易產生裂紋、折疊和白點等缺陷;熱處理會產生淬火裂紋;機械加工會產生磨削裂紋和校正裂紋;表面熱處理同樣會產生裂紋。
(2)探傷方法選擇:一般用固定式磁粉探傷機進行周向、縱向磁化,如果材料的剩磁和矯頑力符合要求,推薦采用剩磁法探傷。
(3)曲軸磁粉探傷
探傷方法:直接通電周向磁化,檢查鍛造裂紋、折疊、磨削裂紋、淬火裂紋、和發紋等。分段線圈縱向磁化,檢查橫向裂紋包括鍛造裂紋、磨削裂紋、校正裂紋、淬火裂紋等。探傷時特別注意對拐角處、注油孔邊沿的觀察。
鑄鋼件的磁粉探傷
(1)鑄鋼件磁粉探傷的特點:鑄鋼件一般形狀復雜,產生缺陷類型和部位比較有規律。主要缺陷有鑄造裂紋、疏松、縮孔、夾雜、氣孔和冷隔等。
(2)探傷方法選擇:鑄件一般體積較小,方便在固定式探傷機上探傷。所有鑄件都要進行周向磁化和縱向磁化檢驗。熱處理前用連續法探傷,熱處理后一般可用剩磁法探傷。檢查表面下氣孔、夾雜,宜采用直流探傷。對于網狀裂紋,最好采用熒光磁粉探傷。
(3)凸輪磁粉探傷
探傷方法:毛胚用連續法探傷,熱處理后用剩磁法探傷。輪子部分用穿棒法探傷,軸部分用直接通電法周向磁化后再用線圈縱向磁化。重點檢查根部位置的裂紋。
特種設備在役與維修件的磁粉探傷
(1)在役與維修件磁粉探傷的特點:主要發現疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋。裂紋產生部位與受力情況有直接關系。
展開 3)裂紋為一種縱向延伸的表面缺陷,是由非精神夾雜物的大量積聚或深的折疊形成的。裂紋也可以來自錠表面的缺陷,如已被氧化的孔洞。這種孔洞在鍛造過程中被簡單的拉長,在鍛件表面形成長條形似裂紋的發紋。
4)條片是松動或裂開的鋼片被卷入表面形成的。
5)齒狀鐵素體是表面裂紋,雖已被焊合,但仍含有氧化物和脫碳。
6)過充滿和飛邊是在熱加工過程中,壓下量不正確所形成的凸起。
7)未充滿是壓下時斷面的成形不完全引起的。
⑶由鍛造作業引起的缺陷。
鍛造中常見的內部缺陷有裂紋和撕裂,這是由于鍛造時所用鍛錘太輕,或是金屬已經冷卻到低于安全鍛造溫度卻仍在繼續鍛造引起的,也可能是由于模具設計不當或維修不當造成的。
在鍛造作業時可能產生很多表面缺陷,冷隔常出現在閉模鍛件中,這是由于金屬未完全充滿、兩相鄰面又未完全熔合所形成的接縫。
鋼鍛件中經常出現剪切裂紋,這是常出現在切過飛邊的斷面上的斜裂紋,是由切應力造成的。
常見磁痕的特征及缺陷圖
⑴鍛造裂紋。
鍛造裂紋產生的原因很多,屬于鍛造本身的原因有加熱不當、操作不正確、終鍛溫度太低、冷卻速度太快等。如加熱速度過快因熱應力而產生裂紋,鍛造溫度過低因金屬塑性變差而導致撕裂。鍛造裂紋一般都比較嚴重,具有尖銳的根部或邊緣,磁痕濃密清晰,呈直線或彎曲線狀,如圖1 所示。
圖1 鍛造裂紋磁痕
⑵鍛造折疊。
鍛造折疊是一部分金屬被卷折或重疊在另一部分金屬上,即金屬間被緊緊擠壓在一起但仍未熔合的區域,可發生在工件表面的任何部位,并與工件表面呈一定的角度。產生原因如下。
1)模具設計不合理,金屬流動受阻,被擠壓后形成折疊,多發生在倒角部位,磁痕呈縱向直線狀。
展開 汽車轉向拉桿球接頭總成是汽車轉向拉桿的重要組成部分,而拉桿接頭是其連接和支撐的主體部件,故其是重要的保安件之一,不得有折疊、裂紋等缺陷,保證其內在質量尤為重要。而我們在生產過程中發現接頭鍛件出現裂紋,本文就其發生的前因后果及整改措施做如下介紹。
拉桿接頭產品介紹
⑴產品三維模型如圖1 所示,冷鍛件二維圖紙如圖2 所示。
圖1 產品三維模型
圖2 冷鍛件二維圖紙
⑵使用的材料為GB/T 699-2015 優質碳素結構鋼45#,圓鋼φ40mm。
⑶該鍛件的總體加工工藝流程為:棒料剪下料、300kW 中頻加熱爐加熱、300 噸電動螺旋壓力機鍛造、100 噸沖床切邊,然后轉網帶正火線進行正火,再進行拋丸、探傷,最后進行機加工。
產品問題描述
20 多年來我們穩定生產了幾千萬件合格的拉桿接頭產品,該產品熱處理要求是正火處理,在某班次生產過程中卻發現302 件產品出現裂紋,故對本批產品立即進行隔離封存,具體裂紋照片如圖3 所示。
圖3 產品出現裂紋
產品問題原因分析
鍛件產生裂紋,不外乎兩種,一種是鍛造裂紋,另一種是熱處理裂紋。
鍛造裂紋也就是鍛造完成后產生的裂紋,這里面可能有兩種產生的原因,一種是鋼材本身的質量問題導致的,如常見的非金屬夾雜物、砂眼、劃痕、裂紋、縮孔、皮下氣泡、發紋、白點和夾層等,在鋼材的表面或者內部存在,經過鍛打反應在鍛件上。第二種情況就是鍛造過程產生的,譬如鍛打溫度過高、過低,加熱過程中產生過燒或者過熱組織,包括鍛打工藝問題(即預鍛和終鍛型腔不匹配)、操作不當(把坯料預鍛時打的太薄),金屬流線出現紊流,模具出現龜裂,也會造成鍛件產生裂紋。
展開 圖8 變形量45%鍛造試塊
圖9 為不同變形量下試樣的抗拉強度,圖10 為不同變形量下試樣的延伸率,由圖可以看出,單火次鍛造變形量小于40%時,室溫抗拉強度及700℃高溫抗拉強度隨著試塊鍛造變形量的增加而增加;單火次鍛造變形量超過40%后,抗拉強度基本保持穩定;單火次鍛造變形量對850℃高溫抗拉強度、室溫延伸率及700℃高溫延伸率影響不明顯;850℃高溫延伸率波動明顯,延伸率最高在47%左右,延伸率最低在26%左右。本次試驗鍛造的TiAl4822 合金力學性能高于原始鑄錠。
圖9 不同變形量下的抗拉強度
圖10 不同變形量下的延伸率
結論
通過對TiAl4822 合金的鍛造工藝參數研究可以得出以下結論:
⑴鍛造溫度、應變速率及鍛后冷卻對TiAl4822合金鍛造的影響十分關鍵。隨著鍛造溫度的降低,材料熱加工塑性降低,鍛造溫度低于1120℃時,易產生鍛造裂紋;應變速率超過4×10-3 時,隨著應變速率的提高,材料的變形抗力增加,易產生鍛造裂紋,應變速率超過10-1 后鍛件裂紋十分嚴重;該材料對溫度應力較為敏感,在快速的冷卻方式下,宏觀開裂傾向明顯,宜采用隨爐冷卻方式。
⑵鍛造溫度1150 ℃、應變速率4×10-3 以及變形量40%條件為適宜的鍛造工藝參數,鍛造后TiAl4822合金力學性能較鑄錠力學性能有明顯提升。
⑶在鍛造溫度1150℃、應變速率4×10-3,測試溫度850℃的條件下,鍛件的延伸率高于其他的鍛造工藝參數與其他的測試溫度下的值,表現出超塑性的特性,后續需增大樣本量,繼續摸索和總結其潛在規律。
后續深入研究重點:根據前期試驗結果,細化TiAl4822 合金鍛造工藝參數,通過細化的工藝參數結果分析,確定其最優的鍛造工藝參數,為后續的TiAl4822 合金鍛件生產提供數據支撐。
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首先,需對“原材料裂紋”和“鍛造裂紋”先確定概念,對鍛造后出現的裂紋,都應理解為“鍛造裂紋”,只不過,導致鍛造裂紋產生的主要因素可以再分成:
1、原材料缺陷所致的鍛造裂紋;
2、鍛造工藝不當所致的鍛造裂紋。
從裂紋宏觀形態先進行大致區分,橫向一般與母材無關,縱向裂紋需要結合裂紋形態與鍛打工藝等結合分析。
飛邊裂紋
鍛造飛邊裂紋是模鍛及切邊時在分模面處產生的裂紋。飛邊裂紋產生的原因可能是:①在模鍛操作中由于重擊使金屬強烈流動產生穿筋現象。②鎂合金模鍛件切邊溫度過低;銅合金模鍛件切邊溫度過高。
分模面裂紋
鍛造分模面裂紋是指沿鍛件分模面產生的裂紋。原材料非金屬夾雜多,模鍛時向分模面流動與集中或縮管殘余在模鍛時擠人飛邊后常形成分模面裂紋。
隨著鍛造溫度的降低,材料熱加工塑性降低,鍛造溫度低于1120℃時,易產生鍛造裂紋;應變速率超過4×10-3 時,隨著應變速率的提高,材料的變形抗力增加,易產生鍛造裂紋,應變速率超過10-1 后鍛件裂紋十分嚴重;該材料對溫度應力較為敏感,在快速的冷卻方式下,宏觀開裂傾向明顯,宜采用隨爐冷卻方式。
6)鍛造中出現裂紋或折傷,視情況進行清除,以免帶入下一工序。
⑶鍛后熱處理質量控制。
鍛件鍛后應嚴格按照熱處理工藝的要求,進行等溫正火、等溫退火或正火+高溫回火處理。嚴格控制裝爐量、坯料間距、加熱溫度、保溫時間和冷卻速度等影響坯料質量的因素。
⑷機械性能的控制。
圖3 產品出現裂紋
產品問題原因分析
鍛件產生裂紋,不外乎兩種,一種是鍛造裂紋,另一種是熱處理裂紋。
鍛造裂紋也就是鍛造完成后產生的裂紋,這里面可能有兩種產生的原因,一種是鋼材本身的質量問題導致的,如常見的非金屬夾雜物、砂眼、劃痕、裂紋、縮孔、皮下氣泡、發紋、白點和夾層等,在鋼材的表面或者內部存在,經過鍛打反應在鍛件上。
常見磁痕的特征及缺陷圖
⑴鍛造裂紋。
鍛造裂紋產生的原因很多,屬于鍛造本身的原因有加熱不當、操作不正確、終鍛溫度太低、冷卻速度太快等。如加熱速度過快因熱應力而產生裂紋,鍛造溫度過低因金屬塑性變差而導致撕裂。鍛造裂紋一般都比較嚴重,具有尖銳的根部或邊緣,磁痕濃密清晰,呈直線或彎曲線狀,如圖1 所示。
圖1 鍛造裂紋磁痕
⑵鍛造折疊。
拋開使用時產生疲勞及裂紋,在鍛造時連桿頸處也易出現裂紋,圖2 所示為曲軸連桿頸處剖切后顯示的裂紋,此處裂紋若不消除,極易造成曲軸斷裂報廢。
六缸曲軸連桿頸處鍛造裂紋分析
裂紋位置
在鍛造時曲軸連桿頸處易出現裂紋的位置如圖3所示,一般位于連桿頸的檔部。
圖2 連桿頸剖切后顯示的裂紋
原因分析
⑴六缸曲軸及模具結構。
其中,鍛造過程容易產生裂紋、折疊和白點等缺陷;熱處理會產生淬火裂紋;機械加工會產生磨削裂紋和校正裂紋;表面熱處理同樣會產生裂紋。
(2)探傷方法選擇:一般用固定式磁粉探傷機進行周向、縱向磁化,如果材料的剩磁和矯頑力符合要求,推薦采用剩磁法探傷。
(3)曲軸磁粉探傷
探傷方法:直接通電周向磁化,檢查鍛造裂紋、折疊、磨削裂紋、淬火裂紋、和發紋等。
擠壓、軋制坯料加熱到鍛造溫度后是否需要保溫,以在鍛造時不出現裂紋為準,而對于鋁鑄錠則必須保溫。
我司提交的首批300件分流器樣件,采用中頻電感應加熱后直接鍛打,機加工發現一件內部裂紋(圖6)。經東風公司工藝研究所分析,認為與加熱質量有關,因此決定采購帶強制空氣循環裝置和自動調節溫度的電阻爐加熱,再沒出現過類似質量問題。
圖6 心部裂紋件
⑷鍛造。
常見問題:鋼錠頭部切頭余量不足,中心亮條缺陷貫穿整個葉片;GH4049合金模鍛易出現鍛造裂紋;葉片電解拋光中,發生電解損傷,形成晶界腐蝕;GH4220合金生產的葉片,在試車中容易發生“掉晶”現象;這是在熱應力反復作用下,導致晶粒松動,直至剝落。
發動機葉片嚴重腐蝕
葉片是航空發動機關鍵零件它的制造量占整機制造量的三分之一左右。航空發動機葉片屬于薄壁易變形零件。