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法蘭大型鍛件的白點(diǎn)問(wèn)題

更新時(shí)間??2022-02-22 08:28 閱讀
白點(diǎn)也稱氫脆,是大型鍛件的主要缺陷,多發(fā)生在中碳合金鋼 (馬氏體鋼和珠光體鋼)的鍛件中。鍛件尺寸越大,白點(diǎn)越易形成。鍛造對(duì)白點(diǎn)敏感的鋼的大鍛件時(shí)應(yīng)特別注意,尤其是電站的轉(zhuǎn)子和葉輪等鍛件。白點(diǎn)的特征是在縱向斷口上呈圓形或橢圓形、直徑幾到幾十毫米的銀色斑點(diǎn),白點(diǎn)鄰近區(qū)域沒(méi)有塑性變形。裂源為平滑的圓形區(qū)域,與軸線平行。
求髙的鍛件應(yīng)在550-600℃進(jìn)行預(yù)防白點(diǎn)退火。

白點(diǎn)的出現(xiàn),是由于煉鋼時(shí)鋼液中吸收的氫在鋼錠凝固時(shí)析出的結(jié)果。鋼錠和鑄鋼件因?yàn)閮?nèi)部有許多較大的可容納空氣的孔隙,氫析出時(shí)不會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力。因此,對(duì)白點(diǎn)不敏感。經(jīng)過(guò)鍛造加工的零件,鍛件內(nèi)部被壓實(shí),較大的可容納空氣的孔隙被鍛合。在冷卻過(guò)程中,析出的氫原子在鍛件內(nèi)部一些顯微空隙處結(jié)合成分子(或與鋼中的碳反應(yīng)形成甲烷CH4),并產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力(當(dāng)鋼中氫的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為0.001%時(shí),在400℃時(shí),這種壓力可達(dá)1200Pa以上),將金屬脹開(kāi),產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展。

 

白點(diǎn)的形成不但與氫有關(guān),而且也與應(yīng)力有關(guān)。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和分解為珠光體時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。鐵素體鋼和奧氏體鋼因冷卻時(shí)無(wú)相變發(fā)生,不會(huì)有組織應(yīng)力產(chǎn)生,所以一般也不出現(xiàn)白點(diǎn)。萊氏體鋼冷卻時(shí)雖有較大的組織應(yīng)力,但由于氫在這些鋼中形成穩(wěn)定的氫化物和復(fù)雜的碳化物阻礙了氫的析出等,也不產(chǎn)生白點(diǎn)。

 

氫原子的積聚及裂紋擴(kuò)展需要時(shí)間。因此,白點(diǎn)常常是鍛件冷卻至室溫后幾小時(shí)、幾十小時(shí)、甚至更長(zhǎng)的一段時(shí)間后才產(chǎn)生的。例如,160mm的馬氏體類合金結(jié)構(gòu)鋼方坯,直到72h后才發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)。另外,白點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生后,在以后的冷卻和放置期間還不斷地?cái)U(kuò)大和產(chǎn)生新的白點(diǎn)。因此,檢查白點(diǎn)應(yīng)在冷卻后再隔一段時(shí)間進(jìn)行。

使氫能從鋼坯中充分?jǐn)U散出來(lái)

由于白點(diǎn)主要是鋼中氫和組織應(yīng)力共同作用引起的,因此設(shè)法除氫和消除組織應(yīng)力就可以避免白點(diǎn)的產(chǎn)生,其中首先應(yīng)是除氫。最徹底的辦法是從熔煉工藝著手,使氫在鋼中的含量減少到不致引起白點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)值。嚴(yán)格控制煉鋼操作過(guò)程,采用真空澆注等是很有效的措施。如果煉鋼過(guò)程中氫含憊不能控制在2cm3/100g以下,則必須在鍛后采用合理的除氫冷卻規(guī)范,決不允許最后直接空冷到室溫。壓力加工的鋼材如果木存在白點(diǎn),以后用這些鋼坯鍛造成的鍛件就不會(huì)再出現(xiàn)白點(diǎn)。因此,對(duì)鍛造來(lái)講,關(guān)鍵問(wèn)題是制訂合理的鍛后冷卻規(guī)范。

 

法蘭大型鍛件的氫含量很不均勻,由表面向中心逐漸遞增,可相差 1.5~2倍。緩冷時(shí)氫氣的逸出只在表面發(fā)生,中心部分仍然保留較多的氫。因此,為了消除白點(diǎn),大鍛件的鍛后冷卻應(yīng)緩慢,盡量減小各種應(yīng)力,在氫擴(kuò)散速度最快的溫度區(qū)間(550-600℃),長(zhǎng)時(shí)間保溫進(jìn)行等溫退火,使氫能從鋼坯中充分?jǐn)U散出來(lái)。要求髙的鍛件應(yīng)在550-600℃進(jìn)行預(yù)防白點(diǎn)退火。