大型鍛件的白點(diǎn)和氫脆缺陷的危害性很大，所以大型鍛件鍛后要求防止白點(diǎn)和氫脆的熱處理，同時(shí)，去除鍛造應(yīng)力、降低硬度、細(xì)化晶?！，F(xiàn)將我們對(duì)大型鍛件鍛后熱處理有關(guān)白點(diǎn)的認(rèn)識(shí).。

    1有關(guān)鋼中白點(diǎn)的基本概念

    1．1白點(diǎn)的危害性白點(diǎn)是鋼中氫所引起的一種內(nèi)部裂紋，固態(tài)鋼中含氫量過高時(shí)，鋼顯著變脆，從本質(zhì)來看，白點(diǎn)也屬于脆性破壞。白點(diǎn)的存在使鋼的力學(xué)性能，特別是橫向的塑性和韌性急劇降低，成為危險(xiǎn)的斷裂源，嚴(yán)重影響零件的使用性能和壽命。所以，鍛件中一旦發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)，則該鍛件必須報(bào)廢。

    1．2白點(diǎn)的形貌在鍛件的縱向斷裂面上呈現(xiàn)為邊緣清晰的圓形或橢圓形銀白色斑點(diǎn)；在橫向低倍試片上為發(fā)絲狀小裂紋，長度幾毫米，大幾十毫米。

    1．3白點(diǎn)產(chǎn)生的條件及形成溫度在鍛造后，鋼中的氫與應(yīng)力(變形應(yīng)力、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，特別在組織應(yīng)力)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。白點(diǎn)的形成溫度是鍛件毛坯冷卻到比較低的溫度時(shí)約在250℃至室溫這一范圍。

    1．4氫和應(yīng)力在形成白點(diǎn)中的相互關(guān)系文獻(xiàn)[2的作者指出：“鋼中含有足夠數(shù)量的氫是形成白點(diǎn)的必要條件，內(nèi)應(yīng)力的存在具有促進(jìn)白點(diǎn)形成的作用，因此過飽和的氫含量是產(chǎn)生白點(diǎn)的‘元兇’，而內(nèi)應(yīng)力則是‘幫兇’。”非常透徹地說出了二者產(chǎn)生白點(diǎn)的相互關(guān)系。

    1．5白點(diǎn)的三大特點(diǎn)1)白點(diǎn)從來不在鍛件的表面形成。根據(jù)有關(guān)資料表明，其形成總是在鍛件內(nèi)部，含有白點(diǎn)的區(qū)域離鍛件表面總有相當(dāng)一段距離，約5O毫米的部位；2)白點(diǎn)是在鍛后，當(dāng)鍛件冷卻到比較低的溫度250℃至室溫時(shí)形成；3)白點(diǎn)不是瞬間形成，而是逐漸形成的。從停鍛到出現(xiàn)白點(diǎn)，需要經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)間稱之為白點(diǎn)形成的孕育期或潛伏期。孕育期的長短取決于鋼的含氫量，同時(shí)也取決于鍛件的厚度。

    2大型鍛件的鍛后熱處理鍛造成形后，隨即進(jìn)行的熱處理稱之為鍛后熱處理。大型鍛件的鍛后熱處理其目的主要是為了去應(yīng)力、重結(jié)晶細(xì)化晶粒，并同時(shí)去氫。

    2．1重結(jié)晶處理大型鍛件經(jīng)過多次重結(jié)晶處理，使晶粒細(xì)化，組織改善，性能得到提高。

    2．2去氫退火將鍛件中的氫降低至極限含氫量以下，并使其分布均勻，以免除白點(diǎn)、氫脆的危險(xiǎn)。由于氫在7相和a相中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，特別是氫在a相中的溶解度低，而擴(kuò)散系數(shù)大，這就使得在退火過程中氫得以不斷向外擴(kuò)散。去氫退火往往與重結(jié)晶合并進(jìn)行。去氫退火的溫度通常在650℃。退火后應(yīng)盡可能慢速冷卻，以防止新的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生。一般冷卻分為兩個(gè)階段：400℃以上，由于鋼的塑性好，內(nèi)應(yīng)力不易形成，所以冷卻可快一些；400oC以下，冷速就要放慢。對(duì)于合金元素較多、性能要求較高的鍛件，鍛后要求進(jìn)行一次甚至多次重結(jié)晶熱處理，以便改善鍛件的組織和性能。

    3減少鋼中含氫量的途徑和措施不同鋼種的鍛件對(duì)白點(diǎn)的敏感程度不同。影響鍛件敏感性的因素主要是鋼的含氫量，鋼的含氫量越高，白點(diǎn)敏感性就越大。鋼中的氫可以呈原子狀態(tài)、分子狀態(tài)或化合物狀態(tài)存在，對(duì)形成白點(diǎn)有決定作用的是原子氫。防止白點(diǎn)產(chǎn)生的根本方法是減少鋼的氫含量，使鋼中殘留的氫限制在鋼無白點(diǎn)的極限氫含量以下。

    3．1減少鋼中氫含量主要途徑(1)煉鋼對(duì)鋼液進(jìn)行真空脫氣或采用真空澆鑄的方法，對(duì)某些有更高要求的鍛件，可采用電渣重熔的工藝進(jìn)一步提高鋼材的純凈度。(2)鍛后熱處理：去氫退火，使鋼中的氫擴(kuò)散出去。

    3．2防止白點(diǎn)的措施防止鋼中形成白點(diǎn)的方法包括兩個(gè)方面：一是設(shè)法盡量減少鋼液中的含氫量，并創(chuàng)造條件使氫氣從鋼坯中擴(kuò)散逸出；二是減少冷卻時(shí)鋼坯中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，特別是組織應(yīng)力。為了減少鋼材的含氫量，冶煉中盡量少用或不用嚴(yán)重銹蝕的廢鋼；使用新焙燒或經(jīng)過加熱的石灰；使用經(jīng)過加熱的鐵合金；煉鋼工具要經(jīng)過充分干燥和烘烤，澆鑄系統(tǒng)要千燥；鋼水溫度不可過高，以免過分吸收氫氣，保證足夠長時(shí)間和足夠有力的鋼液沸騰，以有利于脫氫。爐渣不可太稀，終渣要適當(dāng)粘稠些等。

    4．大型鍛件鍛后免去去氫退火對(duì)氫含量要求(1)控制鋼材的含氫量。國內(nèi)、外有關(guān)行業(yè)(鍛造、熱處理)一致公認(rèn)鍛件的氫含量在(2--3)×10以下時(shí)，可以避免產(chǎn)生白點(diǎn)。因此，1)對(duì)于一般大型鍛件含氫量≤(2)×10時(shí)；2)對(duì)于重要的大型鍛件含氫量(1～1．5)×1O時(shí)。這時(shí)鋼中的含氫量已降至鋼無白點(diǎn)的極限含氫量以下，所以不會(huì)產(chǎn)生白點(diǎn)，可不做鍛后熱處理去氫退火，但不能忽略必須做重結(jié)晶。鍛后熱處理去氫退火是鋼液在冶煉中，冶煉工藝落后、水平低下的產(chǎn)物。(2)目前國內(nèi)特鋼鋼材純凈度的水平。鋼液的純凈度是保證鍛件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國主要特鋼企業(yè)通過生產(chǎn)裝備的引進(jìn)和技術(shù)改造，生產(chǎn)工藝及技術(shù)水平有了很大的提升，通常采用的冶煉方法是：電爐粗煉+二次精煉。二次精煉的方法通常采用噴粉法、真空碳脫氧法(VCD)、鋼包精煉法(VAD、CF)、大氣吹氧氬脫碳法及電渣重熔等方法。通過二次精煉，可以將鋼中氫、氧、氮控制在很低的水平。目前純凈度可以達(dá)~IJEH]≤(2)×lo～、[o]≤(15)×lo一、[N]≤(5O)×lo_。。；純凈度已達(dá)到國際先進(jìn)水平。當(dāng)鍛件氫含量在(3～7或更高)×lO時(shí)，毫無疑問，大型鍛件鍛后熱處理必須在鍛造成型后立即進(jìn)行鍛后去氫退火。

    5大型鍛件鍛后免去去氫退火的實(shí)例(1)山西永鑫生鍛造有限公司。嚴(yán)格按照“制坯一環(huán)鍛一熱處理一機(jī)加工一探傷”等各工序，提供風(fēng)力發(fā)電齒圈類鍛件的碾環(huán)加工。永鑫生對(duì)所用鋼材的氫含量做了嚴(yán)格規(guī)定，氫含量≤(1～1．5)×10一，可以完全避免產(chǎn)生白點(diǎn)，所以鍛后熱處理不做去氫退火，該公司國外訂單較多，生產(chǎn)至今，尚未發(fā)現(xiàn)一例是由于沒做鍛后熱處理去氫退火而產(chǎn)生白點(diǎn)的鍛件，也沒有因?yàn)椴蛔鋈渫嘶鸲a(chǎn)生白點(diǎn)報(bào)廢的產(chǎn)品。(2)山西永鑫生鍛造有限公司。永鑫生鍛造有限公司是生產(chǎn)進(jìn)口礦用汽車輪邊減速器總成、發(fā)動(dòng)機(jī)分動(dòng)箱總成(PTO)、變速箱分動(dòng)箱總成(PTO)、以及工程機(jī)械重載齒輪為主的專業(yè)廠。借鑒美國齒輪行業(yè)對(duì)大型鍛件鍛后熱處理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，我公司在采購鋼材和國內(nèi)有關(guān)的特鋼企業(yè)簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)，明確提出對(duì)鋼材純凈度的要求：I-H]≤(2)×10一、[o]≤(15)×10～、[N]≤(5O)×10～。對(duì)于大型鍛件含氫量進(jìn)一步控制在≤(2)×10和≤(1～1．5)×10之間，完全可以避免白點(diǎn)的產(chǎn)生。所以不再對(duì)鍛造廠提出去氫退火的要求，而只是進(jìn)行一到兩次重結(jié)晶熱處理。生產(chǎn)至今，還沒有發(fā)現(xiàn)因?yàn)闆]有去氫退火而發(fā)現(xiàn)鍛件產(chǎn)生白點(diǎn)，及產(chǎn)品報(bào)廢的惡性事故發(fā)生。另外，這些鍛件生產(chǎn)的齒輪在長期的使用中一直正常使用。(3)一汽和二汽車橋廠(公司)。據(jù)筆者所知，國內(nèi)一汽二汽的車橋廠(公司)生產(chǎn)的齒輪，由于對(duì)齒輪鋼純凈度的要求很嚴(yán)，因此，其鍛件也在鍛后免去了去氫退火。

    6大型鍛件鍛后熱處理中的注意事項(xiàng)(1)鋼材的采購及儲(chǔ)備。在采購鋼材時(shí)應(yīng)在春夏秋冬的季節(jié)上加以選擇，為了保證鋼材在純凈度方面達(dá)標(biāo)，避開每年中的梅雨季節(jié)對(duì)鋼材的影響，在鋼材數(shù)量上要有一定量的儲(chǔ)備，在確保質(zhì)量的前提下以備急需。(2)白點(diǎn)的敏感性。鍛件在冷卻過程中，其表面的氫容易擴(kuò)散逸出，而心部的氫則不易排出。所以鍛件截面越大，越容易產(chǎn)生白點(diǎn)。隨鍛件截面的增大，鋼的偏析程度也越嚴(yán)重，更容易促使白點(diǎn)的形成。鍛件表面積越大，氫的析出越容易。因此，空心鍛件(如齒圈)比實(shí)心鍛件(如齒輪軸)的白點(diǎn)敏感性要小。含碳量小于0．3的低碳鋼白點(diǎn)敏感性極低。隨著含碳量的增加，鋼的白點(diǎn)敏感性增加。鍛件鍛后冷卻速度越快，白點(diǎn)敏感性越大。1)不產(chǎn)生白點(diǎn)的鋼：如奧氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體一鐵素體鋼、萊氏體鋼。一般正常生產(chǎn)條件下的含碳量小于0．39／6、含錳量小于0．6的碳素鋼也不會(huì)形成白點(diǎn)。因此對(duì)這類鋼沒有必要在鍛后做去氫退火；2)對(duì)白點(diǎn)敏感的鋼：珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較小，馬氏體一珠光體鋼白點(diǎn)敏感性較大，馬氏體鋼白點(diǎn)敏感性大。如：20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2MO、40CrNi2MO、40CrNiMO等。馬氏體鋼白點(diǎn)極限含氫量為≤(1．8)×l0～。(3)對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)而報(bào)廢的大型鍛件進(jìn)行改鍛。對(duì)已產(chǎn)生白點(diǎn)的鍛件，可以通過改鍛等熱加工方法加工成尺寸更小的零部件毛坯，改鍛后的小尺寸鋼坯需要進(jìn)行緩冷和退火，可挽回一部分報(bào)廢的鋼材。(4)交付鍛件的同時(shí)提供質(zhì)檢報(bào)告。鍛造廠在交付鍛件的同時(shí)，必須出具：1)純凈度rH]、[N]、[O]含量；2)化學(xué)成分、力學(xué)性能；3)鍛造比；4)超聲波探傷等相關(guān)內(nèi)容的質(zhì)檢報(bào)告。
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