大型锻件锻后热处理的研究及注意事项
2021-04-29 17:28
admin
大型锻件的白点和氢脆缺陷的危害性很大，所以大型锻件锻后热处理要求防止白点和氢脆，同时，去除锻造应力，降低硬度，细化晶粒。现将我们对大型锻件锻后热处理有关白点的认识撰写成文，以供参考。
1.有关钢中白点的基本概念
（1）白点的危害性 白点是钢中氢所引起的种内部裂纹，固态钢中含氤量过高时，钢显著变脆，从本质来看，白点也属于脆性破坏。白点的存在使钢的力学性能特别是横向塑性和韧性急剧降低，成为最危险的断裂源，严重影响零件的使用性能和寿命。因此，锻件中一旦发现白点，则该锻件必须报废。
（2）白点的形貌 在锻件的纵向断裂面上呈现为边缘清晰的圆形或椭圆形银白色斑点，在横向低倍试片上为发丝状小裂纹，长度几毫米，最大几十毫米。
（3）白点产生的条件及形成温度 在锻造后，钢中的氢与应力（变形应力、热应力、组织应力，特别是组织应力)联合作用下产生白点。白点是锻件毛坯冷却到比较低的温度时形成的（约250℃至室温这一范围）。
（4）氢和应力在形成白点中的相互关系 钢中含有足够数量的氢是形成白点的必要条件，内应力的存在具有促进白点形成的作用。
（5）白点的三大特点 ①白点从来不在锻件的表面形成。根据有关资料表明，其形成总是在锻件内部，含有白点的区域离锻件表面有相当一段距离，约50mm。②白点是在锻后，当锻件冷却到比较低的温度(250℃至室温)时形成。③白点不是瞬间形成，而是逐渐形成的。从停锻到出现白点，需要经历一段时间，这段时间称之为白点形成的孕育期或潜伏期。孕育期的长短取决于钢的含氢量，同时也取决于锻件的厚度。
2.大型锻件的锻后热处理
锻造成形后，随即进行的热处理称之为锻后热处理。大型锻件锻后热处理的目的主要是为了去应力，重结晶细化品粒，同时去氢。
（1）重结品处理 大型锻件经过多次重结晶处理，使晶粒细化，组织改善、性能得到提高。
（2）去氢退火 将锻件中的氢降低至极限含氢量以下，并使其分布均匀，以免除白点、氢脆的危险。
由于氢在相、a相中的溶解度和扩散系数不同，特别是氢在a相中的溶解度低，而扩散系数大，这就使得在退火过程中氢得以不断向外扩散。
去氢退火往往与重结晶合并进行。去氢退火的温度通常在650℃。退火后应尽可能缓慢冷却，以防止产生新的内应力。一般冷却分为两个阶段：400℃以上，由于钢的塑性好，内应力不易形成，所以冷却可快一些，400℃以下，冷速就要放慢。
对于合金元素较多、性能要求较高的锻件，锻后要求进行一次甚至多次重结晶热处理、以便改善锻件的组织和性能。
3.减少钢中含氢量的途径和措施
不同钢种的锻件对白点的敏感程度不同。影响锻件敏感性的因素主要是钢的含氢量，钢的含氢量越高，白点敏感性就越大。钢中的氢可以呈原子状态、分子状态或化合物状态存在，对形成白点有决定作用的是原子。防止白点产生的根本方法是减少钢中的氢含量，使钢中残留的氢限制在钢无白点的极限氢含量以下。
（1）减少钢中氢含量的主要途径 炼钢过程中对钢液进行真空脱气或采用真空浇注的方法，对某些有更高要求的锻件，可采用电渣重熔工艺进一步提高钢材的纯净度，锻后热处理：去氢退火，使钢中的氢扩散出去。
（2）防止白点的措施 防止钢中形成白点的方法包括两个方面： 是设法尽量减少钢液中的含氢量，创造条件使氢气从钢坯中扩散逸出；二是减少冷却时钢坯中所产生的内应力，特别是组织应力。
为了减少钢材的含氢量，冶炼中尽量少用或不用严重锈蚀的废钢；使用新焙烧或经过加热的石灰；使用经过加热的铁合金；炼钢工具要经过充分干燥和烘烤，浇注系统要干燥，钢液温度不可过高，以免过分吸收氢气，保证足够长时间和足够有力的钢液沸腾，以有利于脱氢。炉渣不可太稀，终渣要适当黏稠些等。
4.大型锻件锻后热处理中的注意事项
（1） 钢材的采购及储备 在采购钢材时应在春夏秋冬的季节上加以选择，为了保证钢材在纯净度方面达标，避开每年中的梅雨季节对钢材的影响，在钢材数量上要有一定量的储备，在确保质量的前提下以备急需。
（2）白点的敏感性 锻件在冷却过程中，其表面的氢容易扩散逸出，而心部的氢则不易排出。因此，锻件截面越大，越容易产生白点。随锻件截面的增大，钢的偏析程度也越严重，更容易促进白点的形成。
锻件表面积越大，氢的析出越容易。因此，空心锻件（如齿圈）比实心锻件（如齿轮轴）的白点敏感性要小。
wc<0.3%的低碳钢白点敏感性极低。随着含成量的增加，钢的白点敏感性增加。锻件般后冷却速度越快，白点敏感性越大。
不产生白点的钢：如奥氏体钢、铁素体钢、奥氏体铁素体钢、莱氏体钢。一般正常生产条件下wc<0.3%、ww<0.6%的碳素钢也不会形成白点因此对这类钢没有必要在锻后做去气氢退火。
对白点敏感的钢：珠光体钢白点敏感性较小，马氏体一珠光体钢白点敏感性较大，马氏体钢白点敏感性最大。如：20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2Mo、40CrNi2Mo、40CrNiMo等。马氏体钢白点极限含气量为 ≤1.8×10。
（3）对已产生白点而报废的大型锻件进行改锻对已产生白点的锻件可以通过改锻等热加工方法加工成尺寸更小的零部件毛坏，改锻后的小尺寸钢坏需要进行缓冷和退火，可挽回一部分报废的损失。
（4） 交付锻件的同时提供质检报告锻造厂在交付锻件的同时，必须出具:①纯净度[H]、[N]、[O]含量。②化学成分、力学性能。③锻造比。④超声波无损检测等相关内容的质检报告。
1.有关钢中白点的基本概念
（1）白点的危害性 白点是钢中氢所引起的种内部裂纹，固态钢中含氤量过高时，钢显著变脆，从本质来看，白点也属于脆性破坏。白点的存在使钢的力学性能特别是横向塑性和韧性急剧降低，成为最危险的断裂源，严重影响零件的使用性能和寿命。因此，锻件中一旦发现白点，则该锻件必须报废。
（2）白点的形貌 在锻件的纵向断裂面上呈现为边缘清晰的圆形或椭圆形银白色斑点，在横向低倍试片上为发丝状小裂纹，长度几毫米，最大几十毫米。
（3）白点产生的条件及形成温度 在锻造后，钢中的氢与应力（变形应力、热应力、组织应力，特别是组织应力)联合作用下产生白点。白点是锻件毛坯冷却到比较低的温度时形成的（约250℃至室温这一范围）。
（4）氢和应力在形成白点中的相互关系 钢中含有足够数量的氢是形成白点的必要条件，内应力的存在具有促进白点形成的作用。
（5）白点的三大特点 ①白点从来不在锻件的表面形成。根据有关资料表明，其形成总是在锻件内部，含有白点的区域离锻件表面有相当一段距离，约50mm。②白点是在锻后，当锻件冷却到比较低的温度(250℃至室温)时形成。③白点不是瞬间形成，而是逐渐形成的。从停锻到出现白点，需要经历一段时间，这段时间称之为白点形成的孕育期或潜伏期。孕育期的长短取决于钢的含氢量，同时也取决于锻件的厚度。
2.大型锻件的锻后热处理
锻造成形后，随即进行的热处理称之为锻后热处理。大型锻件锻后热处理的目的主要是为了去应力，重结晶细化品粒，同时去氢。
（1）重结品处理 大型锻件经过多次重结晶处理，使晶粒细化，组织改善、性能得到提高。
（2）去氢退火 将锻件中的氢降低至极限含氢量以下，并使其分布均匀，以免除白点、氢脆的危险。
由于氢在相、a相中的溶解度和扩散系数不同，特别是氢在a相中的溶解度低，而扩散系数大，这就使得在退火过程中氢得以不断向外扩散。
去氢退火往往与重结晶合并进行。去氢退火的温度通常在650℃。退火后应尽可能缓慢冷却，以防止产生新的内应力。一般冷却分为两个阶段：400℃以上，由于钢的塑性好，内应力不易形成，所以冷却可快一些，400℃以下，冷速就要放慢。
对于合金元素较多、性能要求较高的锻件，锻后要求进行一次甚至多次重结晶热处理、以便改善锻件的组织和性能。
3.减少钢中含氢量的途径和措施
不同钢种的锻件对白点的敏感程度不同。影响锻件敏感性的因素主要是钢的含氢量，钢的含氢量越高，白点敏感性就越大。钢中的氢可以呈原子状态、分子状态或化合物状态存在，对形成白点有决定作用的是原子。防止白点产生的根本方法是减少钢中的氢含量，使钢中残留的氢限制在钢无白点的极限氢含量以下。
（1）减少钢中氢含量的主要途径 炼钢过程中对钢液进行真空脱气或采用真空浇注的方法，对某些有更高要求的锻件，可采用电渣重熔工艺进一步提高钢材的纯净度，锻后热处理：去氢退火，使钢中的氢扩散出去。
（2）防止白点的措施 防止钢中形成白点的方法包括两个方面： 是设法尽量减少钢液中的含氢量，创造条件使氢气从钢坯中扩散逸出；二是减少冷却时钢坯中所产生的内应力，特别是组织应力。
为了减少钢材的含氢量，冶炼中尽量少用或不用严重锈蚀的废钢；使用新焙烧或经过加热的石灰；使用经过加热的铁合金；炼钢工具要经过充分干燥和烘烤，浇注系统要干燥，钢液温度不可过高，以免过分吸收氢气，保证足够长时间和足够有力的钢液沸腾，以有利于脱氢。炉渣不可太稀，终渣要适当黏稠些等。
4.大型锻件锻后热处理中的注意事项
（1） 钢材的采购及储备 在采购钢材时应在春夏秋冬的季节上加以选择，为了保证钢材在纯净度方面达标，避开每年中的梅雨季节对钢材的影响，在钢材数量上要有一定量的储备，在确保质量的前提下以备急需。
（2）白点的敏感性 锻件在冷却过程中，其表面的氢容易扩散逸出，而心部的氢则不易排出。因此，锻件截面越大，越容易产生白点。随锻件截面的增大，钢的偏析程度也越严重，更容易促进白点的形成。
锻件表面积越大，氢的析出越容易。因此，空心锻件（如齿圈）比实心锻件（如齿轮轴）的白点敏感性要小。
wc<0.3%的低碳钢白点敏感性极低。随着含成量的增加，钢的白点敏感性增加。锻件般后冷却速度越快，白点敏感性越大。
不产生白点的钢：如奥氏体钢、铁素体钢、奥氏体铁素体钢、莱氏体钢。一般正常生产条件下wc<0.3%、ww<0.6%的碳素钢也不会形成白点因此对这类钢没有必要在锻后做去气氢退火。
对白点敏感的钢：珠光体钢白点敏感性较小，马氏体一珠光体钢白点敏感性较大，马氏体钢白点敏感性最大。如：20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2Mo、40CrNi2Mo、40CrNiMo等。马氏体钢白点极限含气量为 ≤1.8×10。
（3）对已产生白点而报废的大型锻件进行改锻对已产生白点的锻件可以通过改锻等热加工方法加工成尺寸更小的零部件毛坏，改锻后的小尺寸钢坏需要进行缓冷和退火，可挽回一部分报废的损失。
（4） 交付锻件的同时提供质检报告锻造厂在交付锻件的同时，必须出具:①纯净度[H]、[N]、[O]含量。②化学成分、力学性能。③锻造比。④超声波无损检测等相关内容的质检报告。
