大型锻件的夹杂性裂纹与控制锻造工艺1.PDFVIP

大型锻件的夹杂性裂纹与控制锻造工艺1 韩静涛 许树森 陈 钢 陶 钢 李柏松 陈志平 李锦科 曹起骧 摘 要 夹杂性裂纹是大型锻件生产的主要质量问题。为此对大型锻件内部夹杂性裂纹的形 成机理进行了模拟研究，发现锻件内部裂纹在高温下自修复的现象及规律。在此基础上提出 了可有效控制夹杂性裂纹的大型锻件及针对管板和模块类锻件的锻造工艺。实用这些工艺不 仅提高了锻件的成品率，且改善了产品的内在质量，其经济和社会效益十分显著。 关键词 夹杂性裂纹 大型锻件 裂纹修复 控制锻造 大型锻件广泛用作重机、能源、冶金、矿山、兵器、石油、化工等行业所用设备的重要 或关键部件。因此，大型锻件生产水平的高低在一定程度上被视为衡量一个国家工业发展水 平的标准。饼类和模块类锻件是大型锻件的主要产品，但在实际生产中，此类锻件废品率高， [1,2] 生产难度也大，其中最严重的是夹杂性裂纹问题 。 由于多种因素的影响，大型锻件用钢锭内不可避免的存在各种类型的夹杂物。在饼及块 类锻件的锻造过程中，在不均匀变形的作用下，锻件心部的金属流动较周围更加剧烈，裂纹 的聚合更加容易，故产生的缺陷也更多、尺寸更大。因此，研究夹杂性裂纹形成的机理、探 讨这种裂纹修复的可能性，通过改变锻造工艺达到控制的目的，是很有意义的学科前沿性课 题。 1 夹杂性裂纹的形成 为了解塑性夹杂对金属基体变形的影响，用含和不含塑性夹杂的模型试样在再结晶和无 再结晶变形条件下进行压缩试验。由图 1(a)可见，无夹杂时，云纹的分布基本上是均匀等 距的，即变形是均匀分布的；而在同样变形条件下(图 1(b))，在夹杂物的顶端部位、与水 平轴大约成 45°角的方向云纹较为密集，其它部位则相对变得稀疏；当出现再结晶时(图 1(c))，这种情况愈加严重，变形不均匀的程度迅速增加。 由图2 可看出，在无夹杂的模型试样中，等效应变的数值在 0.1～0.2 之间，且分布均 匀(图 2(a))；当试样中含有夹杂时，在夹杂物的临近区域内，等效应变的局部集中现象较 明显，应变梯度增大(图 2(b))，在与夹杂物水平轴成 45°角的方向有大塑性变形区的延伸。 当有再结晶时，不仅有明显的剪切带出现，且其范围及等效应变的数值也加大(图 2 (c))。 将上述结果与文献(4)对比认为：夹杂物顶端的应变分布与裂纹顶端钝化后的应变分布 是基本一致的。根据滑移线理论可以解出 1. 原文刊载于：钢铁，Vol.32, No.3, (1997-3), p35~39 - 1 - 图 1 含单个中心夹杂与不含夹杂试样内部的云纹 Fig ·1 Moire patterns Of upsetting samples with Or without inclusion (a)无夹杂、无再结晶；(b)有夹杂、无再结晶；(c)有夹杂、有再结晶；ε=15% 图2 压缩试样内部的等效应变分布 Fig·2 Equivalent strain dirstrlbution Of upsetting samples (a)无夹杂、无再结晶；(b)有夹杂、无再结晶；(c)有夹杂、有再结晶 在夹杂物顶端的前沿方向应力值满足 ⎧