一、高速鋼冶金缺陷引起鍛造裂紋
高速鋼屬萊氏體鋼,含有大量合金元素,形成大量共晶碳化物和二次碳化物。共晶碳化物呈粗大骨骼狀或樹枝分布于基體。不良碳化物硬而脆,是脆性相。鋼錠雖經開坯壓延和軋制,共晶碳化物有一定程度碎化,但碳化物偏析依然嚴重。沿軋制方向呈帶狀、網狀、大顆粒狀和堆集狀分布。碳化物不均勻度隨原材料直徑和厚度增加而嚴重。共晶碳化物相當穩定,常規熱處理無法消除,導致鍛造時應力集中,成為裂紋源。鋼中硫(S)、磷(P)等有害雜質易引起熱脆和冷脆裂紋。原材料存在組織疏松、縮孔、氣泡、白點、粗晶、內裂和非金屬夾雜,急降低鋼的熱塑性與強韌性,加之,高速鋼導熱性差,僅為碳鋼的三分之一,熱塑性差,變形抗力大,鍛造第一錘重擊即可碎裂。
措施—嚴格原材料入庫和投產前的材質檢驗,鋼材合格方可投產;選用小鋼錠開坯軋制各種原材料;選用二次精煉電渣重溶鋼錠,具有純度高、雜質少、晶粒細、碳細物小、無偏析、等向性能優,化學成分和組織均勻等特點;對原材料進行科學合理鍛造,擊碎不均勻共晶碳化物,使之≤3級,變不均勻共晶碳化物脆性相為強化相,發生質的飛躍;鍛坯應充分預熱,均勻加熱,充分透燒,勤翻動坯料和采用輕一重一輕雙十字形變向鍛拔造法,先鐓后拔次序操作等措施,有效避免鍛造碎裂。
二、對角線鍛裂和過熱淬火裂紋
因原材料有中心疏松和碳化物剝落等缺陷聚集擴展形成精糙對角線裂口;鍛坯加熱溫度過高,出現粗晶堆積,降低鋼材強韌性。鍛坯加熱溫度過低,材料熱塑性差,變形抗力大;拔長操作時送進量過大,引起鍛件橫向展寬塑性變形過度等因素,引發鍛件對角線裂紋。
高速鋼過熱、過燒組織引發淬火裂紋因晶粒顯著粗化,出現碳化物粘連、角狀和拖尾及沿晶界呈全網狀、半網狀和連續網狀分布;鋼組織內部局部溶化,出現黑色組織或共晶萊氏體,形成過熱組織,顯著降低鋼的強韌性,易應力集中,是引起淬火裂紋的主要因素。因淬火加熱溫度過高,控溫儀表失靈;原材料存在大量角狀碳化物和碳化物不均勻度等級太高,易產生大的應力集中等原因,均會導致淬火裂紋。
措施—依據坯料對角線區域溫度變化調整錘擊頻率,避免因“熱效應”造成塑性變形區溫度過高;拔長時送進長度與坯料高度之比不大于1,可減少橫向展寬和防止同一部位連續重擊、連擊、壓下量應適度,端面盡量放正和選用合適的鍛壓設備等措施,可有效避免鍛件對角線裂紋。
材料入庫和投產前檢查材質是否合格,確保原材料無宏觀冶金缺陷;控制共晶碳化物≤3級,呈細小勻分布于鋼基體;模具淬火前用試片校驗高溫鹽溶爐溫度,核實晶粒度等級與淬火加熱溫度關系;采用微機控溫,達到測溫精度±3℃和加強科學生產管理等措施,能有效防止和避免因過熱組織產生的淬火裂紋。
三、鍛件縱向表面裂紋和萘狀斷口與淬火裂紋
因原材料表面存在顯微裂紋在鍛造過程被拉長和擴展;矩形截面長、寬比過大,拔長時形成橫向彎曲,導致寬側表面產生細而淺,長短不一呈縱向分布的表面裂紋;鍛件表面溫度過低,熱塑性急劇降低,變形抗力大;鍛后冷速過快和鍛后室溫停留時間過長等因素,均會導致鍛件表面縱向裂紋。
萘狀斷口是高速鋼常見組織缺陷,易引發淬火裂紋。其斷口呈魚鱗狀,類似大理石,象萘一樣閃光,斷口極粗糙,晶粒可達Φ1mm,鋼的脆性大,強韌性低劣,高溫奧氏體化加熱和淬火時應力集中大,導致產生淬火裂紋。當熱、鍛、軋或壓延熱加工時,經1050℃~1100℃高溫奧氏體化熱塑性變形在5%~10%臨界變形和精鍛溫度不當及重復淬火時未經中間退火,或退火不充分等因素,均會導致高速鋼形成脆性大的萘狀斷口,導致淬火時產生裂紋。
措施—鍛前磨去原材料表面斑疤、氧化皮、微裂紋、折迭等缺陷,再經探傷合格后投產;拔長時,截面長、寬比大于3的鍛坯不得發生橫向彎曲;出現后及時在高溫下校直;鍛后坑冷、灰冷、爐冷或乘高溫余熱退火,避免產生延時裂紋等措施,能有效消除鍛件表面縱向裂紋。
科學合理制訂精鍛溫度,嚴格控制終鍛溫度在950℃~1000℃之間和鍛后緩冷與及時退火;對組織粗大原材料進行晶粒超細化處理等措施,能有效抑制高速鋼脆性萘狀斷口形成,避免產生淬火裂紋。