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锻件冷却时裂纹缺陷的产生原因

日期:2019-09-20点击数:14赞数:0

坯料加热时由于残余应力、温度应力、组织应力之和超过材料的强度极限便可形成裂纹。同样,锻件在冷却过程中也会引起温度应力、组织应力以及残余应力而有可能形成裂纹。如果裂纹深度在加工范围内,可以使用砂轮或风铲清除,但如果裂纹超过锻件余量的范围,则将报废。1、温度应力:冷却初期,锻件表面温度明显降低,体积收缩较大;而心部温度较髙,收缩较小,表层收缩趋势受心部阻碍,结果在表层受到拉应力,心部则受到与其方向相反的压应力。对于塑性较好变形抗力较小的软钢,这时由于心部温度仍然很高,变形抗力小,且塑性较好,还可以产生微量塑性变形,使温度应力得以松弛,缓和这种温度应力。到了冷却后期,锻件表面温度已接近室温,基本上不再收缩,这时表层反而阻碍心部继续收缩,导致了温度应力的反向,即心部由压应力转为拉应力,而表层由拉应力转为压应力。2、组织应力:锻件在冷却过程中如有相变发生,由于相变前后组织的比容不同,而且相转变是在一定温度范围内完成,因此锻件表层和心部相变不同时进行而产生组织应力。

冷却时的组织应力和加热时一样也是三向应力状态,且切向应力 ,这就是有时引起表层纵裂的原因之一。3、残余应力:加热后的坯料在锻造过程中,由于变形不均勻和加工硬化所引起的内应力,如未能及时通过再结晶软化将其消除,便会在锻后成为残余应力保持下来。残余应力在锻件内的分布根据变形不均的情况而有所不同,其中的拉应力可能出现在锻件表层,也可能在心部。总之,锻件在冷却过程中总的内应力为上述3种应力的叠加。当总的内应力超过材料某处的强度极 ,便会在锻件的相应部位产生裂纹。如不足以形成裂纹,也会以残余应力形式保留下来,给后续热处理增加不利因素。在冷却前期,锻件内部温度尚高而表面温度较低时,有可能由于温度应力引起锻件的开裂, 但大多数情况下冷却裂纹是由组织应力引起。如高速钢、和马氏体不诱钢的冷却裂纹多数属于此种情况。因为由于马氏体转变而引起的组织应力是在较低温度下产生的,这时材料的塑性已较低。高速钢锻件在室温仍进行由残余奥氏体向马氏体的转变,使锻件表面拉应力不断增加并产生裂纹,故生产上规定高速钢锻件锻后24h内必须进行退火。一般情况下,锻件尺寸越大,导热系数越小,冷却越快,温度应力和组织应力越大,越易产生裂纹。

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