車輪鍛后冷卻缺陷產(chǎn)生的原因

     車輪鍛件鍛后冷卻是指結(jié)束鍛造后從終鍛溫度冷卻到室溫的過程。鍛造后的鍛件如果冷卻方法選 擇不當(dāng)，在實(shí)際生產(chǎn)中某些鍛件有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋甚至報(bào)廢。因此，要重視鍛造后冷卻方式的選擇。對(duì)于一般鋼料的小鍛件，鍛后可直接放在地上空冷?對(duì)合金鋼鍛件或大型鍛件，則應(yīng)考 慮合金元素含量和斷面尺寸大小來確定合適的冷卻規(guī)范。否則容易產(chǎn)生各種缺陷。鍛后冷卻 過程常見的缺陷有：裂紋、白點(diǎn)、網(wǎng)狀碳化物等。

1.裂紋

      車輪鍛件鍛后冷卻裂紋是由于冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的，按冷卻時(shí)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因 不同有：溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。溫度應(yīng)力是鍛件在冷卻過程中內(nèi)外溫度不同，造成收縮不一致而產(chǎn)生。冷卻初期表層冷 卻快，表面收縮受到心部阻礙，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部產(chǎn)生壓應(yīng)力。隨冷卻繼續(xù)進(jìn)行，如 果鍛件為抗力較小的軟鋼，表面微量塑性變形可松弛表面拉應(yīng)力，冷卻后期，表面溫度降到 常溫，心部溫度高，繼續(xù)收縮，表面會(huì)阻礙心部的收縮，結(jié)果造成表面為壓應(yīng)力，心部為拉 應(yīng)力，如圖3-23 (a)所示，這種情況產(chǎn)生內(nèi)裂的傾向性較大。對(duì)于抗力大難變形的硬鋼， 冷卻初期表面拉應(yīng)力得不到松弛，到了冷卻后期，心部收縮對(duì)表面產(chǎn)生的附加壓應(yīng)力只能降 低一部分表面拉應(yīng)力，不會(huì)使溫度應(yīng)力方向發(fā)生改變，結(jié)果表面仍為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力，如圖3-23 (b)所示，這種情況產(chǎn)生外裂傾向性較大。

     組織應(yīng)力是鍛件在冷卻過程中發(fā)生相變，表里發(fā)生相變的時(shí)間和相的比體積不同而產(chǎn)生 應(yīng)力，如馬氏體比容要比奧氏體大，當(dāng)鍛件表面冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，表面首先發(fā)生馬 氏體轉(zhuǎn)變，而心部仍處于奧氏體態(tài)，因此鍛件表面體積膨脹受到心部制約，這時(shí)產(chǎn)生的組織 應(yīng)力是表面受壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力，，心部組織的塑韌性較高，通過 局部塑性變形可以緩和上述應(yīng)力。但當(dāng)心部發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，心部體積膨脹，受到表面的 阻礙，引起表面為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力。實(shí)際生產(chǎn)中鍛件尺寸越大，熱導(dǎo)率越小，溫度應(yīng) 力和組織應(yīng)力越大。殘余應(yīng)力是鍛件在成形過程中，因變形不均勻、加工硬化而引起的應(yīng)力，未能及時(shí)得到 再結(jié)晶軟化而消除，鍛后仍保留在鍛件中的應(yīng)力。當(dāng)這三種應(yīng)力疊加超過鋼材的強(qiáng)度極限 時(shí)，會(huì)在鍛件相應(yīng)部位產(chǎn)生裂紋，如內(nèi)部?jī)?nèi)裂、表層外裂。因此，鍛好的鍛件不能隨意冷 卻。如含碳量較高的鋼在700°C以下不能快冷，需要進(jìn)人緩冷坑緩冷，中低碳鋼、中小型鍛 件和低合金鋼鍛件可采用空冷。

2.白點(diǎn)

   車輪鍛件鍛后冷卻不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生白點(diǎn)，白點(diǎn)是鋼中的氫和內(nèi)應(yīng)力共同作用在鍛件內(nèi)部形成 的一種極細(xì)小的脆性裂紋，在鋼的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)。合金鋼中的白 點(diǎn)色澤光亮，碳素鋼較暗。白點(diǎn)的尺寸由幾毫米到幾十毫米。從顯微組織上觀察，白點(diǎn)附近 區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)塑性變形的痕跡。因此，白點(diǎn)是純脆性的。白點(diǎn)不僅導(dǎo)致力學(xué)性能急劇下降， 而且在熱處理淬火時(shí)會(huì)使零件開裂，或零件在使用過程中發(fā)生延遲破壞而突然斷裂。因此， 鍛件中不允許存在白點(diǎn)缺陷。白點(diǎn)多發(fā)生在珠光體組織和馬氏體組織的合金鋼中，碳素鋼程 度較輕，奧氏體、鐵素體組織的鋼和萊氏體合金鋼極少發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)缺陷。為防止白點(diǎn)缺陷，熱處理時(shí)可采用鐵素體區(qū)等溫處理，使氫逸出，因?yàn)闅湓赼-Fe中溶 解度要小于在y-Fe中溶解度，在所有溫度下氫在a-Fe中擴(kuò)散系數(shù)都遠(yuǎn)大于y-Fe中的擴(kuò)散系 數(shù)，因此在鐵素體區(qū)等溫處理有利于氫的逸出。對(duì)于碳鋼可在620?660°C等溫處理，對(duì)于 白點(diǎn)敏感性較高的合金鋼可先進(jìn)行280?330°C等溫處理后然后升溫至580?660°C等溫處理，均可減小鍛件中的氫。隨著目前熔煉技術(shù)的提高和爐外精煉技術(shù)應(yīng)用，材料中氫的含量降 低，氫脆的危害減少。

3.網(wǎng)狀碳化物

過共析鋼和碳量較高的合金鋼終鍛溫度較高并在鍛后緩冷時(shí)，特別是在區(qū)間 緩冷，奧氏體將析出大量的二次碳化物，由于碳原子具有較大的活動(dòng)能力和足夠的時(shí)間擴(kuò)散 到晶界，便沿著奧氏體晶界形成網(wǎng)狀碳化物。當(dāng)網(wǎng)狀碳化物較嚴(yán)重時(shí)，用一般熱處理方法不 易消除，使材料的沖擊韌性降低，熱處理淬火時(shí)常引起龜裂。