高玉和
伊莱特能源装备股份有限公司 山东济南市章丘区250206
摘要：由于中碳钢在锻件中所用工艺较为简单易懂，在成本上也比较经济实惠，经过锻件后整体性能较为适宜，所以40Mn2在钢球锻件生产行业中应用十分广泛。但在投入实际应用后却发现40Mn2经过锻造后，无法与实际需求相符合，还容易形成裂缝等缺陷。基于此，本文首先对40Mn2这种材料展开详细介绍，其次分析40Mn2钢球锻件中存有哪些相关缺陷，最后表明40Mn2钢球锻件锻造工艺优化途径，希望能够帮助钢球锻件生产商解决40Mn2钢球锻件缺陷问题。
关键词：40Mn2钢球；锻件缺陷分析；锻造工艺优化
前言：磨球在我国改革开放之前就已经存在，当时有很多相关人士针对磨球材料与性能展开深入剖析，至今为止，磨球在我国已经得到显著优化与加强。近几年，我国有关于矿物破碎的相关产业，对于磨球实际应用情况开始越发普遍，在市场之中磨球所占地位也越发关键，目前，磨球材料已经扩展为上百种。但在这种趋势下，各类行业对于磨球质量有着更高标准，这就需要深入了解其中存有哪些缺陷，这样才能对磨球锻造工艺展开进一步优化。
一、40Mn2详细介绍
近几年我国市场对于钢材质量与性能有着很多要求，在市面中钢材种类也开始越发多样，而40Mn2就属于其中一种。40Mn2属于中碳钢材料，其中存有诸多化学成分，如：铜、磷、锰、硫以及镍等，这种材料强度、耐久、抗磨等多种性能较为优良，具备一定可加工性，如今在螺栓、连杆等负载零件加工中较为常见。但40Mn2在钢球锻件锻造中，自身强度与性能会随之各种应力所下降，这就需要通过有效途径针对锻造工艺展开适当优化。而且在40Mn2之中含有大量锰，虽然通过这些锰可以促使40Mn2强度与耐久得到增长，但如果含量过多就会导致材料导热性能降低，这时40Mn2在钢球锻件锻造中，就会因为温差变化在内部出现应力，最后40Mn2钢球锻件就会出现裂纹缺陷[1]。
二、40Mn2钢球锻件中缺陷的相关分析
在40Mn2钢球锻件之中，锻件好坏可以决定磨球应用年限与整体性能，一旦出现缺陷就容易导致以上因素受到影响。如今在40Mn2钢球锻件中常见缺陷有裂纹、脱碳以及氧化等，因裂纹在其中属于常见且严重的缺陷之一，所以以下便针对裂缝缺陷展开详细分析。通常当40Mn2钢球锻件处于加热或冷却环节时，都会因为温差出现一定应力，这种应力便会促使钢球内部或外部出现裂纹，最初裂缝一定处于微型状态，经过一系列应力与压力后，就会逐渐扩展为大规模裂缝。而且在通过变形工艺对40Mn2钢球展开锻造时，除了工具与模具会对锻件造成压力与应力外，还可能有多种因素产生其他压力与应力，如：在对锻件展开变形锻造时速度不够稳定、在对锻件展开加热锻造时温度不够均衡等等。所以裂纹缺陷基本都是在内部应力与外部压力双重打击下形成结果，40Mn2钢球锻件裂纹缺陷与变形工艺息息相关，变形速度、温度、应力等多方面都可以造成裂纹出现，站在宏观角度裂纹缺陷形成原因有：材料性能、加热工艺以及变形工艺等[2]。
三、40Mn2钢球锻件锻造工艺优化途径
1.加热工艺优化途径
一般在40Mn2钢球锻件锻造中，都会选择感应方式作为加热锻造工艺，但这种工艺会导致40Mn2材料在温度变化中产生应力，如果40Mn2材料自身在组织方面就存有缺陷，就会在这种应力下形成微型裂纹，因此，在对40Mn2钢球锻件锻造工艺进行优化时，需要先行针对加热工艺展开切实优化。通常锻造厂家会将加热工艺频率控制在1000hz左右，但在感应加热工艺中存有集肤反应，如果可以针对加热工艺频率进行优化，便可促使40Mn2材料在加热工艺中得到彻底锻造。但由于大部分感应装置都存在材料加热周围，想要针对加热频率展开计算比较复杂，所以在对40Mn2钢球锻件加热锻造工艺展开优化时，可以将平板材料作为计算基础，在数学领域之中平板可以当成无限半径的形状，这样在通过平板针对加热频率展开计算时就会更加简单，因为平板实际厚度会比感应加热工艺深度较大，所以便可帮助相关人员确定加热频率，促使加热锻造工艺得到有效优化。此外，由于40Mn2钢球锻件加热工艺棒料直径一般都在90mm左右，这种直径越大选择1000hz作为实际频率就会太高，无法将棒料中所有材料彻底热透，这样在对钢球锻件展开后续操作时就会出现诸多问题，因此，便可针对加热频率展开优化，在降低加热频率同时增加加热时间，这样便可通过充足时间对棒料进行渗透，避免40Mn2材料因没有完全热透或是因温差产生应力，而导致钢球锻件出现裂纹缺陷。
2.变形工艺优化途径
当40Mn2钢球锻件通过锻造体积处于较小状态时，会导致钢球中所有晶粒处于较大状态，再加上40Mn2材料在变形工艺中，整体方向和材料组织内部情况不符或相反时，就会导致40Mn2钢球锻件出现裂纹缺陷。为了切实解决这种裂纹缺陷，最好是针对40Mn2材料中组织缺陷展开优化，但由于这些材料已经缴纳购买金，如果对其中组织缺陷展开优化就需要重新购买材料，既会导致钢球锻件需要大量人力、财力以及物力，还会对钢球锻件生产速度造成限制，最终锻造厂家便会在其中出现较大损失，因此，需要在材料无法优化基础上，针对40Mn2钢球锻件变形工艺展开切实优化。在通过变形工艺针对40Mn2钢球锻件展开锻造时，可以针对变形方向进行优化，简单来讲就是将变形方向从最初相反方向，变成与材料内部组织垂直方向，这样40Mn2钢球锻件就无法在锻造之中出现裂缝，即便在其经过加热处理后出现一些微型裂纹，通过以上优化便可促使这些微型裂纹重新连接到一起，保证40Mn2钢球锻件之中不会再次出现裂纹，或是裂纹不会在40Mn2钢球锻件之中朝向周围扩展。但如果40Mn2材料属于圆柱形，实际高度比钢球锻件直径更大，而且是通过胎模锻造进行成型时，如果针对变形工艺方向进行优化，40Mn2材料就无法在模具之中完成成型锻造，因此，在遇到这种情况时，还需要针对40Mn2材料形状展开优化，在开始优化之前确定模具形状与大小，尽可能将40Mn2材料形状控制在模具尺寸之内，这样才能保证其可以通过模具顺利完成成型锻造，从而在保证变形工艺方向与材料内部组织方向处于垂直状态，同时将变形锻造工艺对40Mn2钢球锻件裂纹缺陷实际影响降到最小化[3]。
结束语：综上所述，40Mn2虽然自身性能较为优良，但容易在回火阶段出现脆性，这样40Mn2整体性能就会有所下降，在完成回火进行淬火后，就容易出现裂纹情况，这种情况对于磨球应用产业影响较大，还会增加磨球生产成本精力。因此，如今在使用40Mn2材料开展钢球锻件时，最好先行针对其中缺陷展开缜密分析，这样才能对钢球锻件缺陷展开针对性优化。以上提出加热与变形这两种工艺的优化途径，以便减少40Mn2钢球锻件出现缺陷的可能性。
参考文献：
[1]宋亚虎,赵学谦,王博.40CrMnMoA辊轴锻件缺陷分析[J].大型铸锻件,2019, 187(1):43-45.
[2]孙伟领,丁金根,边翊.铝合金控制臂锻造工艺参数优化与缺陷分析[J].锻压技术,2019,44(05):29-34.
[3]曹福顺,苏继伟,李林.大规格SAE4130锻件白点缺陷分析[J].大型铸锻件, 2019(02):49-50.