胡建铎
辽源方大锻造有限公司 136607
【摘要】：在进行锻造与热处理的过程中，裂纹的出现是很常见的事情，在所有的锻造与热处理的过程中，不可能不出现裂纹。这就让裂纹在锻造这个行业中成为了一种讨论的焦点。构件的尺寸大小，材质质地的不同，裂纹的出现几率也不同，裂纹的出现种类不同，裂纹出现的形状不同。在本文中主要进行锻造和热处理过程中产生裂纹的原因进行研究。在本文中通过大量对资料的收集进行了产生裂纹原因的阐述，也进行了防止裂纹产生举措的提出，对于减少构件在锻造和热处理的过程中出现裂纹带来了很大的帮助。
【关键词】：锻造裂纹；折叠裂纹；淬火裂纹
引言
裂纹是在锻造和热处理过程中产生的常见缺陷之一，也是锻造行业研究讨论的热点、难点。而大型锻件出现裂纹的概率更高，因而对锻造和热处理过程中产生的裂纹进行研究，分析裂纹产生原因，对于减少产品裂纹具有十分重要的意义。
1.锻造缺陷与热处理缺陷
1.1过热、过烧
主要特征是晶粒粗大，有明显的魏氏组织。出现过烧说明加热温度高、断口晶粒粗大，凹凸不平，无金属光泽，晶界周围有氧化脱碳现象。
1.2锻造裂纹
常产生于组织粗大，应力集中处或合金元素偏析处，裂纹内部常充满氧化皮。锻造温度高，或者终端温度低，都容易产生裂纹。还有一种裂纹是锻造后喷水冷却后形成的。
1.3折叠
冲孔、切料、刀板磨损、锻造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后续锻造时，将表面氧化皮等缺陷卷入锻件本体内而形成折缝。在显微镜上观察时，可发现折叠周围有明显脱碳。
1.4淬裂
其特点是刚健挺直，呈穿晶分布，起始点较宽，尾部细长曲折。此种裂纹多产生于马氏体转变之后，故裂纹周围的显微组织与其它区域无明显区别，也无脱碳现象。
1.5软点
显微组织有块状或网状屈氏体和未溶铁素体等。加热不足，保温时间不够，冷却不均匀都会产生软点。
2.实验方法
对锻造和热处理裂纹附近的显微组织进行晶相分析，有助于了解裂纹形成的内在原因，也是裂纹鉴别的重要依据。试验采用实际生产的杆类件作为研究对象，对其裂纹附近组织进行晶相分析。试验具体实施过程如下。
2.1试样制备和宏观观察
首先对杆类件毛坯的裂纹进行宏观观察，然后用手锯切取试样，截取方向，垂直于径向，长度不超过8mm。不论用何种方法取样均应注意试样的温度条件，必要时用水冷却，以避免正式试样因过热而改变其组织。
2.2试样研磨抛光后晶相分析
准备好的试样，先在粗砂轮上磨平，使磨痕均匀一致，再移至细砂轮上续磨，磨时须用水冷却试样，使金属组织不因受热而发生变化。经砂轮磨好、洗净、吹干后的试样，随即依次在由粗到细的各号砂纸上磨制，从粗砂纸到细砂纸、再换一次砂纸，试样须转90°角与旧磨良成垂直方向。经预磨后的试样，先在抛光机上进行粗抛光（抛光织物为细绒布、抛光液为W2.5金刚石抛光膏），然后进行精抛光（抛光织物为锦丝绒，抛光液为W1.5金刚石抛光膏），抛光到试样上的磨痕完全除去而表面像镜面时为止，即粗糙度为Ra0.04以下。
2.3经5%硝酸酒精溶液侵蚀后晶相分析
将精抛后的试样浸在4%硝酸酒精溶液中。浸蚀时，不时地轻微移动试样，但抛光面不得与器皿底接触。浸蚀时间视金属的性质、检验目的及显微检验的放大倍数而定，以能在显微镜下清晰显出金属组织为宜。试样浸蚀完毕后，迅速用水洗净，表面两用，酒精洗净，然后用吹风机吹干。
3.锻造和热处理过程中裂纹形成原因
通过对裂纹产品试样进行收集、分析、整理，把企业生产过程中的裂纹大致分为三类：锻造裂纹、折叠裂纹和淬火裂纹。
3.1锻造裂纹形成原因分析
对于锻造裂纹来说，出现的原因是不同的，多种多样的出现原因是因为锻造的材料多种多样。在本次的研究中发现，锻造裂纹可以分为由锻造材料缺陷引起的锻造裂纹与锻造方法不当引起的锻造裂纹。在选取某一金属杆件后发现，这一金属杆的表面有一纵向裂纹，裂纹的宽度在2.5毫米左右，裂纹的深度约为十毫米，在裂纹中有大量的氧化皮，在进行试件的打磨抛光处理后，发现在裂缝中有很多灰黑色氧化物，在裂缝的两侧的氧化物形状为颗粒状与块装的氧化物和空洞。在进行试件的仔细观察后，可以发现裂纹的两侧脱碳现象严重，裂缝的尾端由于细小，所以没有脱碳现象，与试件的本身是相同的。在这样的情况下，可以断定裂纹的出现是在热处理之前，出现的原因则是裂纹的试件中含有大量非金属杂质，而细小的裂纹出现是由于非金属材质的扩张。又选取另一试件进行分析，此试件上有一垂直于试件制备的裂纹，裂纹的深度约1毫米，裂纹内有一些灰黑色氧化物，裂纹的两侧有物状颗粒氧化物，晶界有氧化现象。当试件放入硝酸酒精溶液后，裂纹两侧出现了脱碳。这样的情况就表明裂纹的出现是热处理之前由于过烧引起的锻造裂纹。
3.2折叠裂纹形成原因分析
折叠是在金属流变过程中已氧化的表层金属汇和在一起而形成。折叠一般与周围的流线方向一致，在折叠尾端一般成小圆角。
根据产生折叠现象的产品及其材料进行研究，把产品折叠产生原因分为以下几种。（1）原材料原因引起的折叠：一种是由于原材料表面不平整或存在凹坑，锻造时随着金属流动汇合到一起形成折叠；另一种是方钢坯棱角边被压塌形成折叠。（2）锻锤原因：锻锤边缘处圆角太小，容易产生折叠。
典型折叠分析，将方钢坯的棱角边压塌形成折叠：在生产过程中发现编号为D4337的杆在杆身出现一条长约400mm的纵向裂纹，裂纹与表面呈65°角向内扩展，距表面深度约3.2mm。
试样经研磨抛光后在显微镜下观察，裂纹两侧弥散分布有黑色颗粒状氧化物，裂纹尾端圆秃，有少量灰黑色氧化物。
试样经5%硝酸酒精溶液侵蚀后观察，裂纹两侧为全脱碳层。
根据以上分析可知，该试样裂纹为折叠裂纹。
3.3热处理过程中的淬火裂纹分析
在热处理的过程中出现的裂纹往往是淬火裂纹，淬火裂纹的分布是极其没有规律的。而且淬火裂纹的出现则是出现在零件的草口截面突变处，孔洞边缘以及刀痕上。淬火裂纹的形状则是瘦而长的曲线。选取一出现淬火裂纹的杆件，杆件表面有一纵向裂纹，深度约70mm。裂纹的形状向外扩张，但内部间由上往下扩张。在裂纹头部有一些灰色氧化物试件中，没有严重的非金属杂质。在经过硝酸酒精溶液的侵蚀后，裂纹的头部没有出现脱碳现象。这样的情况下就可以判断试件没有冶金缺陷，而此裂纹为淬火裂纹。所选取的杆件淬透性好，杆件所留取的应立为组织型残余应力，最终让试件受拉，导致杆件开裂。某杆件表面产生淬火裂纹，发现裂纹的出现在热处理之后。选取裂纹的位置进行试样的截取，之后将截取的部分进行晶相检验。进行宏观观察后可以发现裂纹的出现，再变截面上由外向内进行扩张。裂纹的形状为直线，深约40mm，厚度已经将试件贯穿。在裂纹的头部和尾部有灰黑色氧化物，经过硝酸酒精的侵泡后，黑灰色氧化物出现脱碳现象。但裂纹周围没有非金属杂质说明材料本身很好，真的原因可能是该试件的直角尖锐造成了集中应力。
结语
在机械加工制造行业中，钢材进行锻造与热处理的工序，通常称为特殊工序。它的特殊性在于事后才能发现是否有质量问题的存在。为防止缺陷的发生，采取必要的预防措施。制订正确的锻造与热处理工艺，在锻造与热处理工艺实施前，进行必要的工艺试验和评审，减少风险的存在。
参考文献
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