1、Word文檔 鍛造過程中常見的失效形式與防止措施 一、氧化 1.鋼的氧化特征 在氧化性氣氛中加熱時，鋼與氧、二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫等發(fā)生相互作用生成鐵的氧化物，在鋼材表面形成了氧化鐵皮。在鋼的氧化過程中，鐵以離子狀態(tài)由內(nèi)層向外層表面集中，氧化性氣體則以原子狀態(tài)由外表層經(jīng)吸附后向內(nèi)層集中。在外表面因氧的含量多，形成Fe2O3，而內(nèi)部則形成FeO，即由外層至內(nèi)層氧化程度漸漸減輕。氧化皮與鐵的膨脹系數(shù)不同，易從鋼上剝離，從而加速了鋼的氧化。 2.氧化對鍛件質(zhì)量的影響 氧化不僅燒損大量的鋼材，而且表面粘結(jié)有氧化皮的鋼，在拔絲、沖壓、模鍛時易引起模具損壞，切削加工晨易引起刀具磨損。氧化對鍛件質(zhì)量也有

2、定的影響，如鍛件表面粘結(jié)的氧化皮，不僅降低鍛件(特殊是精密模鍛件)的表面質(zhì)量和尺寸精度，而且在熱處理時引起組織和性能不勻稱。 3.影響鋼氧化的因素 影響鋼氧化的因素許多，主要是加熱溫度、加熱時間、爐氣成分和鋼的化學(xué)成分等。 首先是加熱溫度與時間的影響，加熱熱越高，集中速度越快，鋼的氧化也越嚴(yán)峻。加熱時間越長，氧化損失也越大。其次是爐氣成分的影響，當(dāng)過剩系數(shù)掌握在0.40.5時，可以形成愛護(hù)性氣氛，避開發(fā)生氧化。低于800時，SO2對鋼的氧化作用不強(qiáng)。但在10001200時，含0.1%SO2就會使氧化速度增加兩倍;再次是鋼的化學(xué)成分的影響，當(dāng)鋼中含碳量大于0.3%時，隨含碳量的增多，氧化速度減小

3、。另外。一些元素如Cr、Ni、Si、Mo等在金屬表面形成堅固致密的愛護(hù)薄膜，阻擋氧向內(nèi)部集中，使氧化速度減慢。而當(dāng)鋼中鉻及鎳含量大于13%20%時，實際上就很少發(fā)生氧化。 4.防止氧化的措施 削減金屬與氧的接觸時間，如采納快速加熱、感應(yīng)加熱等，以削減金屬在高溫下保溫停留的時間。在愛護(hù)性介質(zhì)中加熱，常用的愛護(hù)性介質(zhì)有：氣體介質(zhì);液體介質(zhì)，例如在玻璃液中加熱，在鹽浴爐中加熱;固體介質(zhì)，例如把金屬埋在石墨粉中加熱，涂抹玻璃潤滑劑加熱等。采納先進(jìn)加熱技術(shù)，如在懸浮介質(zhì)中加熱(光亮加熱)。 二、脫碳 1.脫碳的特征 脫碳是指鋼加熱時表層含碳量降低的現(xiàn)象。脫碳的過程就是鋼中的碳在高溫下與氫或氧發(fā)生反應(yīng)生成

4、甲烷或一氧化碳。脫碳時，一方面是氧向鋼內(nèi)集中。另一方面鋼中的碳向外集中。脫碳層只有在脫碳速度超過氧化速度時才能形成，當(dāng)氧化速度很大時?？梢圆话l(fā)生明顯的脫碳現(xiàn)象，即脫碳層產(chǎn)生后，鐵即被氧化而生成氧化皮。因此，在氧化作用相對較弱的氣氛中，可形成較深的脫碳層。 脫碳層含碳量較正常組織低，滲碳體(Fe3C)的數(shù)量較正常組織少，故其強(qiáng)度或硬變較低對大多數(shù)鋼來說，脫碳會降低其性能。對高碳工具鋼、軸承鋼、高速鋼及彈簧鋼，脫碳是一種嚴(yán)峻的失效。 2.脫碳對鋼性能的影響 脫碳對鍛造和熱處理等工藝性能均有影響：2Crl3不銹鋼加熱溫度過高、保溫時間過長時，表層金屬脫碳，促使高溫占鐵素體在表面過早地形成，使鍛件表面

5、塑性大大降低，模鍛時簡單開裂;奧氏體錳鋼表層脫碳以后，奧氏體組織不勻稱，不僅使冷變形時的強(qiáng)度達(dá)不到要求，而且可能由于變形不勻稱產(chǎn)生裂紋;鋼的表面脫碳以后，使表層與心部的組織和線膨脹系數(shù)不同，淬火時發(fā)生的不同組織轉(zhuǎn)變及體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力;同時，由于表層脫碳后強(qiáng)度下降，淬火時零件表面甚至可能產(chǎn)生裂紋。 脫碳對零件性能也有影響，鋼的表面脫碳后，淬火時不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或馬氏體轉(zhuǎn)變不完全，就得不到所要求的硬度。軸承鋼表面脫碳后會造成淬火軟點，使用時易發(fā)生接觸疲憊損壞;高速工具鋼表面脫碳會使紅硬性下降。 3.影響鋼脫碳的因素 影響鋼脫碳的因素主要有鋼的化學(xué)成分、加熱溫度、保溫時間和爐氣成分等。鋼的

6、化學(xué)成分對脫碳有很大影響。鋼中含碳量愈高，脫碳傾向愈大。合金元素W、Al、Si、Co等元素都使鋼脫碳傾向增加，而Cr等元素能阻擋鋼脫碳。隨著加熱溫度的提高，脫碳層的深度不斷增加。一般狀況下，加熱溫度低于1000時，鋼表面的氧化皮阻礙碳的集中，脫碳比氧化慢。但隨著溫度的上升，雖然氧化皮形成速度增加，但氧化皮下面碳的集中速度也加快，達(dá)到某一溫度后脫碳反而比氧化快，此時氧化皮失去愛護(hù)力量。加熱時間愈長，加熱次數(shù)愈多，脫碳層愈深。但脫碳層并不與時間成正比增加。例如，高速鋼的脫碳層在1000加熱0.5h，深度達(dá)0.4mm;加熱4h達(dá)1.0mm;加熱12h達(dá)1.2mm。爐內(nèi)氧化性氣氛引起鋼的氧化與脫碳，其

7、中脫碳力量最強(qiáng)的介質(zhì)是H2O(汽)，其次CO2與O2，最終是H2;而CO和CH4則使鋼中增碳。在中性介質(zhì)中加熱時，脫碳最少。 4.防止脫碳的措施 工件加熱時，盡可能地降低加熱溫度及在高溫下的停留時間，合理地選擇加熱速度，以縮短加熱的總時間。掌握加熱氣氛，使之呈現(xiàn)中性或采納愛護(hù)性氣體加熱，在脫氧良好的鹽浴爐中加熱，要比一般箱式爐中加熱的脫碳傾向小。熱壓力加工過程中，假如生產(chǎn)中斷，應(yīng)降低爐溫，如停立刻間很長，則應(yīng)將坯料從爐內(nèi)取出或隨爐降溫。進(jìn)行冷變形成形時，盡可能削減中間退火次數(shù)及降低中間退火溫度。高溫加熱時。鋼的表面用掩蓋物或涂料進(jìn)行愛護(hù)，以防止氧化與脫碳。 三、折疊 1.折疊的特征 折疊與四周

8、金屬的流線方向全都;折疊尾端一般成小圓角。有時，折疊之前先有折皺，這時折疊尾端一般呈枝杈形;折疊兩側(cè)有較重的氧化、脫碳現(xiàn)象。 2.折疊的類型和形成緣由 各種鍛件的折疊形式和位置一般是有規(guī)律的，折疊的類型和形成緣由有以下幾種：由兩股(或多股)金屬對流匯合而形成折疊;由一股金屬的急速大量流淌將鄰近部分的表層金屬帶著流淌，兩者匯合而形成折疊;由于變形金屬發(fā)生彎曲、回流而形成折疊;部分金屬局部變形，被壓入另一部分金屬內(nèi)形成折疊。 模鍛過程中，假如某處金屬充填慢，在其相鄰部分均已基本布滿時，該處仍缺少大量的金屬而形成空腔，則相鄰部分的金屬在此處匯流而形成折疊。模鍛時，坯料尺寸不合適，打擊速度過快，模具圓

9、角、斜度不合適，或某處金屬充填阻力過大都會產(chǎn)生折疊。模鍛時，彎軸和帶枝權(quán)的鍛件常易由兩股金屬匯合形成折疊。 環(huán)形鍛件和齒輪鍛件折疊形成的緣由與工字形件類似。 瘦長(或扁薄鍛件，先被壓彎，然后進(jìn)展成折疊。由于金屬回流形成彎曲，連續(xù)模鍛時進(jìn)展成折疊。拔長堅，當(dāng)送進(jìn)量很小，壓下量很大時，上、下兩端金屬局部變形形成折疊。避開產(chǎn)生這種折疊的措施是增大送進(jìn)量，使每次送進(jìn)量與單邊壓縮量之比大于11.5。 模鍛時，上、下模錯移時，啃掉鍛件上一塊金屬，再壓入鍛件，便形成了折疊。 3.防止折疊的措施 合理選擇毛坯尺寸;清除毛坯上毛刺和氧化皮;提高模具光滑度;增大模具圓角半徑;加強(qiáng)潤滑;留意鍛造時的送進(jìn)量和操作方法

10、等。 四、裂紋 1.裂紋形成的緣由分析 材料的斷裂一般有兩種形式：一種是斷裂面平行于最大切應(yīng)力或最大切應(yīng)變方向的切斷，另一種是斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或最大正應(yīng)變方向的正斷。材料以何種形式斷裂，主要取決于所受正應(yīng)力與切應(yīng)力之比。對高塑性材料的扭轉(zhuǎn)，由于最大切應(yīng)力與正應(yīng)力之比/=1，發(fā)生的破壞是剪切破壞;對低塑性材料由于不能承受大的拉應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)時則發(fā)生45方向開裂。對于某肯定成分的材料，受力狀態(tài)及四周介質(zhì)對裂紋的發(fā)生和進(jìn)展有很大的影響。 鍛造生產(chǎn)中，除了由模具給工件施加壓力外。還有由于變形不勻稱引起的附加應(yīng)力、溫度不勻稱引起的熱應(yīng)力和因組織轉(zhuǎn)變不同時進(jìn)行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力，這些都可以使鍛件產(chǎn)生裂紋。

11、 (1)由模具施加的外力引起的鍛件裂紋。假如工件的斷面是矩形且邊長相差較大，則沿窄邊鍛打時易發(fā)生彎曲，工件一側(cè)受拉應(yīng)力，另一側(cè)受壓應(yīng)力。當(dāng)工件彎曲比較嚴(yán)峻時，在隨后的校正工序中凹的一面受拉應(yīng)力，使工件開裂。由于彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力不僅在自由鍛時可以產(chǎn)生，在模鍛中由于工件下部與模具不接觸造成彎曲也可能拉裂。假如工件變形時下表面不是自由彎曲，而受到肯定的壓應(yīng)力，便不致引起開裂。 與鑄鐵冷壓時易產(chǎn)生近45的斜裂相像，鐓粗時軸向雖受壓應(yīng)力，但與軸向成45方向有最大剪應(yīng)力而產(chǎn)生斜裂。對于多數(shù)金屬，尤其是塑性較高的金屬，鐓粗時一般不消失斜裂，而是消失縱裂，這與明顯的鼓形而使工件幾何外形轉(zhuǎn)變造成應(yīng)力轉(zhuǎn)變有關(guān)。呈

12、凹形的試樣鐓粗時消失了45的斜裂，而呈鼓肚形的鍛件鐓粗時則消失了縱裂。這是由于沿鍛件表層除了壓應(yīng)力外，、凹試件還受徑向壓應(yīng)力重量的作用，阻擋縱向開裂;而凸試件由于受徑向拉應(yīng)力產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力作用，促使表層縱向開裂。 (2)由附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力引起的裂紋。鍛件變形時，伸長較多的部分和伸長較少的部分相互牽制，伸長較大的部位受到附加壓應(yīng)力作用，而伸長較少的部位則受到附加拉應(yīng)力的作用。當(dāng)附加拉應(yīng)力超過材料的變形極限時，就會產(chǎn)生裂紋。矩形斷面的坯料拔長時，假如送進(jìn)量l相對于坯料高度h較小(l0.5h)，則變形區(qū)與鐓粗時形成的雙鼓形類似，中間部分鍛不透，上、下兩部分金屬強(qiáng)制其延長，而使其受到拉應(yīng)力，產(chǎn)生橫

13、向裂紋。 (3)由熱應(yīng)力及組織應(yīng)力引起的裂紋。鍛件在加熱或冷卻時，由于溫度不勻稱造成熱脹或冷縮不勻稱，引起內(nèi)應(yīng)力。在降溫較快或升溫較慢處材料受拉應(yīng)力，反之，則受到壓應(yīng)力的作用。當(dāng)組織轉(zhuǎn)變不能同時發(fā)生時，則產(chǎn)生組織應(yīng)力。增加比容的轉(zhuǎn)變區(qū)受壓應(yīng)力，減小比容的轉(zhuǎn)變區(qū)則受拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時，鍛件上就會產(chǎn)生裂紋。奧氏體冷卻時，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的材料在冷卻過程中形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件在冷卻過程中聽形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力不斷發(fā)生變化，其分布恰好相反，但并不能相互抵消。熱應(yīng)力在高溫時已經(jīng)形成，而淬火組織應(yīng)力則在較低的溫度時才開頭消失。室溫時，殘余應(yīng)力的大小與分布取決于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的相

14、互疊加的結(jié)果。 2.裂紋的特征 裂紋一般與流線成肯定的夾角，尾部是尖的。這與折疊不同，折疊與四周的流線平行，尾部呈圓角，對中高碳鋼來說折疊表面有氧化脫碳現(xiàn)象。 具有裂紋的鍛件加熱后，裂紋四周有嚴(yán)峻脫碳現(xiàn)象，冷卻裂紋則沒有這種現(xiàn)象。由于冷校正及冷切邊引起的裂紋。在裂紋四周有滑移帶等冷變形痕跡。 3.防止裂紋產(chǎn)生的措施 裂紋的產(chǎn)生與受力狀況和材料的塑性有關(guān)。當(dāng)溫度和應(yīng)變速度肯定時，由拉應(yīng)力引起的開裂條件為： Cabp+c 由切應(yīng)力引起的開裂條件為： C ABp+C 式中，p為靜水壓力，即三個主應(yīng)力的平均值，拉應(yīng)力取正，壓應(yīng)力取負(fù)。是有效應(yīng)變，代表加工硬化。a、b、c和A、B、C為系數(shù)?？梢姡乐沽鸭y產(chǎn)生的主要措施如下。 (1)變形時盡量減小拉應(yīng)力。三向等壓應(yīng)力不僅不會使裂紋擴(kuò)展，而且微小未被氧化的裂紋在高的三向壓應(yīng)力作用下被鍛合。低塑性材料采納反推力擠壓及帶套筒鐓粗可防止開裂。擠壓和拔長時減小附加應(yīng)力