防止锻造加热缺陷产生的对策

防止锻造加热缺陷产生的对策来源：科技情报开发与经济发表时间：2009-05-17文献编号：1005—6033(2009)01—0213-02期刊（期次）：2009年第19卷第1期作者：蔺云峰(山两焦煤霍州煤电集团机电总厂，山西霍州，035700)编辑：：张红关键字：锻造；加热缺陷；加热方法概要：阐述了锻造中产生氧化缺陷、脱碳缺陷、过热缺陷、过烧缺陷、内部开裂缺陷的因素。指出正确合理的加热方法能避免加热缺陷，提高产品质量，降低物资消耗，最大限度地提高设备、人员的利用率。锻造是我厂生产环节巾的重要性工种，每年锻造毛坯达400余t，由于加热不规范，造成锻件缺陷较多，严重时可造成废品。经过在日常生产过程与其他技术人员的研究，总结了一些锻件缺陷形成的原因及防止方法。坯料在加热过程中可能产生的缺陷有氧化、脱碳、过热、过烧、内部开裂等。正确的加热应尽量减少或防止这些缺陷的产生。1氧化缺陷氧化是炉气中的氧化性气体(0：，CO：，H20，SO)与铁化合，形成氧化皮，最外层是Fe20，氧化皮的现象。形成氧化缺陷的因素有：(1)炉气成分。火焰加热炉的炉气通常是由以下3种气体成分组成，即氧化性气体(0，co，H：0，SO：)；还原性气体(CO，H)和中性气体(N：)。炉气的性质取决于燃烧时空气的消耗量。当供给空气过多时，炉气性质为氧化性，促进氧化，形成较厚的氧化皮。相反，如供给空气不足时，炉气则呈还原性，氧化皮很薄但不易去除。(2)加热温度。随着钢的加热温度升高，由于氧化扩散速度加快，因此氧化过程就越剧烈，结果形成氧化皮也越厚。一般睛况，加热温度在低于570℃600℃时，氧化速度很慢；当温度超过900oC-950℃以后，氧化急剧增加，到1375oC时，氧化皮开始熔化。(3)加热时间。钢的加热时间越长，氧化扩大量便越大，形成氧化铁则越多。特别是加热到高温阶段，加热时间的影响就更大。(4)钢的化学成分。当钢质量分数大于0．3％时，随着钢含量的增加，形成的氧化皮将减少，这是因为含碳量高时，由于钢表面的氧化过程中生成了CO，可削弱氧化性气体对钢表面的作用。如钢巾含有Cr，Ni，AI，Mo等合金元素，在表面形成致密的氧化薄膜。由于这层氧化薄膜透气性很小，能阻止氧化性气体向内扩散，又闪其膨胀系数和钢接近一致，在加热时又能牢固附在钢的表面，起到保护作川，从而减少氧化。当钢巾Nj，Cr质量分数大于13％一20％时，几乎就不产生氧化缺陷。氧化缺陷的危害性很大：它直接造成了钢铁的损耗；降低锻件尤其是模锻件的表面质量；加剧工具、模具的磨损；使加热炉底腐蚀损坏，降低它的使刚寿命。钢料在炉内加热时．脱落的碱性氧化皮与含酸性耐火材料的炉底发生化学反应，而使炉底软熔损失。火焰炉加热时为了减少氧化皮的产生，可采用下列措施：在确保坏料加热质量的前提下，尽量采．}}=j快速加热，以缩短加热时间，特别是高温阶段的加热时间；在燃料完全燃烧的条件下，尽可能减少过剩气量，以免炉内剩余氧过多；注意减少燃气中的水分；炉膛应保持不大的正压力，防止炉外冷空气吸入炉内；应尽量采用少装、勤装及适时出炉的操作方法；在精密模锻与高合金、有色金属等关键件的锻造巾，可采【H少氧化、无氧化加热措施。2脱碳缺陷脱碳是钢表面巾的碳在高温下与氧或氢发生化学反应、生成一氧化碳或甲烷等可燃气体被烧掉而造成的。产生脱碳缺陷的凶素如下：(1)炉气成分。在炉气成分巾，脱碳能力最强的是H0(汽)，其次是CO：，较弱的是H。一般在中性介质或弱氧化性介质巾加热时，可以减少脱碳，另外在炉内空气过剩时，脱碳减弱钢材表面形成氧化皮较多阻碍碳的扩散。当炉内空气不足时脱碳层会加深。这是因为炉内空气不足时，燃烧产物巾会出现氢气，这种氢气在有水汽存在时是最强烈的脱碳气体。(2)加热温度的影响。钢在氧化性炉气中加热，既产生氧化，也引起脱碳。加热温度在700cc～1000oC时，由于表面氧化皮阻碍碳扩散，因此脱碳过程比氧化要慢。随着加热温度的升高，一方面氧化的速度迅速增加，另一方面脱碳的速度也加快，但此时氧化皮丧失保护作用，在达到某一温度后，脱碳就比氧化更剧烈。如GCrI5钢在1100oC—l200℃温度时，产生强烈脱碳现象。(3)加热时间。钢的加热时间越长，脱碳层厚度则越厚。但两者不成正比关系，当厚度达到一定值后，脱碳速度将逐渐减慢。例如高速钢在l000℃的高温经O．5h，其脱碳层深度为O．4mm，保温4h为1mm，保温12h为1．2mm。(4)钢的化学成分。钢的化学成分对脱碳影响很大。钢中含碳量越高，脱碳倾向就越大。w，A1，si，co等元素使钢脱碳增加，而Cr，Mn等元素则能阻止钢的脱碳。脱碳缺陷的危害性很大：由于钢表面层含碳量降低，将使制成的零件表面的强度和耐磨性降低；使零件疲劳强度降低，零件在长期交变应力的作用下会产生疲劳断裂。但如果脱碳层的深度没有超过锻件的机械加工余量，则脱碳层可随切屑一起除去而无危害。减少脱碳缺陷的方法有：采片J快速加热，控制加热时间，尤其是要缩短在高温下的保温时问；加热前坯料表面涂上保护涂层，如石墨粉与小玻璃混合剂，硼砂小浸液，玻璃粉涂料等；缩短高温阶段的加热时间，使加热好的坯料及时fJI炉锻造；在保护气体中加热。3过热缺陷钢料加热时由于加热温度超过某一温度，或在高温下保温时间过长，引起奥氏体品粒著粗化的现象称为过热。产生过热缺陷的主要因素是加热温度与保温时间。加热温度越高，品粒越粗大。通常把品粒开始急剧长大的温度称为晶粒长大的l临界温度，并视为该种金属的过热温度。钢的过热温度与其化学成分有关。如钢巾含钛、钨、钒、铌等元素能减少过热倾向；而碳、锰、硫、磷等元素能增加钢的过热倾向。过热缺陷会引起下列问题：过热缺陷严重的钢，锻造时边角可能产生裂纹；一般性热的钢并不影响锻造，但是过热钢锻造的锻件，品粒度仍比正常锻件的品粒粗大，使锻件机械性能降低；过热钢锻造的锻件淬火时，容易引起变形和开裂。为了补救过热缺陷，如果条件允许，可用再次锻造或调质、正火等处理方法使品粒细化。但是一些Cr，Ni含量高的合金钢，产生过热后是无法用热处理改正的。总之，严格控制钢料的加热温度和保温时间，是防止过热的最好措施。4过烧缺陷当钢料加热到近熔点时，不仅奥氏体品粒粗大．而且炉中氧化性气体渗入品间，使品问物质如Fe，C，S发生氧化，形成易熔共晶体氧化物，破坏了品粒问的联系，这种现象称为过烧。过烧的钢料，强度很低，失去塑性，不能锻造，一击便破裂成碎块。它的断口品粒粗大，呈浅蓝色。可见，过烧钢料是不可补救的废品，只有回炉重新冶炼。防止过烧缺陷应采取下列措施：严格控制加热温度，钢料的最高加热温度至少应比溶点低tO0oC，大致可认为，低碳钢加热温度不应该超过1300℃一1500℃；高碳钢不超过1200℃～1150℃；控制炉内的气体成分，尽量减少过剩的空气量；坯料与喷火口保持一定距离，不得使火焰与坯料直接接触，以防局部过烧；采用电阻加热炉时，坯料离电阻丝的距离不应小于100mm，以免局部过烧。5内部开裂缺陷钢料加热时，由于表面温度先升高，巾心温度后升高，这样使钢料表面的热膨胀大于巾心部分，在中心部分便引起三向拉应力。这种由于温度不均匀而引起的内应力称为温度应力。钢料断面越大(例如大钢锭)，加热速度越快，温度应力就越大。但需指出，只有钢料处在室温至500℃一550oC的弹性状态时。温度应力才有危险。这时，如果温度应力超过强度极限，便会使钢料内部产生裂纹。当钢料温度上升到500℃～550oC以上时，由于进入塑性状态，而且变形拉力也随之降低，便能通过塑性变形，使温度充应力减弱或消失．不会造成危险。为了防止产生内部开裂缺陷，尤其在大钢锭及高合金钢加热时，必须严格执行加热规范。第一作者简介：蔺云峰，1972年生，1997年毕业于河北建筑科技学院机械设计与制造专业，山西焦煤霍州煤电集团机电总厂，山西省霍州市，035700．