鍛造廠對原材料有什么要求?
鍛造生產中,除了必須保證鍛件所要求的形狀和尺寸外,還必須滿足鍛件在使用過程中所提出的性能要求,其中主要包括:強度指標、塑性指標、沖擊韌度、疲勞強度、斷裂初度和抗應力腐蝕性能等,對高溫工作的零件,還有髙溫瞬時拉伸性能、持久性能、抗蝤變性能和熱疲勞性能等。
鍛造用的原材料是鑄錠、軋材、擠材和鍛坯。而軋材、擠材和鍛坯分別是鑄錠經軋制、擠壓及鍛造加工后形成的半成品。鍛造生產中,采用合理的工藝和工藝參數,可以通過下列幾方面來改善原材料的組織和性能:打碎柱狀晶,改善宏觀偏析,把鑄態組織變為鍛態組織,并在合適的溫度和應力條件下,焊合內部孔隙,提高材料的致密度;鑄錠經過鍛造形成纖維組織,迸一步通過軋制、擠壓、模鍛使鍛件得到合理的纖維方向分布;控制晶粒的大小和均勻度;改善第二相的分布;使組織得到形變強化或形變一一相變強化等。
由于上述組織的改善,使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲勞強度及持久性能等也隨之得到了提高,然后通過零件的最后熱處踵就能得到零件所要求的硬度、強度和塑性等良好的綜合性能。
但是如果原材料的質量不良或所采用的鍛造工藝不合理,則可能產生鍛件缺陷,包括表面缺陷、內部缺陷或性能不合格等。
坯料在加過程中會產生內應力,同樣,鍛件在冷卻過程中也會引起內應力。由于鍛件冷卻后期溫度較低而呈彈性狀態,因此冷卻內應力的危險性比加熱內應力更大。內應力有溫度,組織應力和鍛造變形不均勻引起的殘余應力。
鍛件在冷卻過程中的內應力有以下幾點:溫度應力:鍛件在冷卻初期,表層冷卻塊,體積收縮較大,心部冷卻慢,體積收縮較小。由于表層的收縮受到心部的阻礙,結果在表層產生拉應力,心部為壓應力。到了冷卻后期,鍛件表面溫度已近室溫,基本上不再收縮,這時表層反而阻礙心部繼續收縮,導致溫度應力符號發生改變。
若鍛件材料為抗力大,塑性低的硬鋼,在冷卻初期表層產生的拉應力不能得到松弛,就是在冷卻后期,盡管心部體積收縮對表層產生附加壓應力,也只能使表層初期產生的拉應力有所降低,而不會使溫度應力符號發生改變,表層仍為拉應力,心部仍為壓應力。
組織應力:鍛件在冷卻過程中若有相變發生,由于相變前后組織的比容不同,而且轉變是在一定溫度范圍內完成,故在相與相之間產生組織應力。當鍛件表里不一致時,這種組織應力更為明顯。
冷卻時產生的組織應力也和加熱時產生的組織應力一樣是三向應力,且其中切向應力最大,這是引起表面縱向裂紋的主要原因。
殘余應力:鍛件在鍛壓成形過程中,由于變形不均所引起的附加應力,如未能及時再結晶軟化將其消除,鍛后便成為殘余應力保留下來。殘余應力在鍛件內部的分布,根據變形不均的情況而不同,可能是表層為拉應力而心部為壓應力,或者與此相反。
綜上所述,鍛件在冷卻過程中,存在上述三種內應力,總的內應力為三者疊加。當疊加的應力值超過材料的強度極限時,便會在鍛件相應部位引起裂紋,冷卻裂紋常常是在溫度較低時和塑性較差的材料中發生。如果疊加的內應力沒有造成破壞,冷卻終了便會以殘余應力形式保留下來,給后續熱處理增加不利因素。