锻造缺陷对热处理的影响分析

锻造后应针对不同材料及不同目的要求（如均匀组织、细化晶粒、减小锻造残留应力、去应力、调整硬度、改善力学性能，以及为最终热处理作准备等）对锻件进行退火（均匀化退火、完全或不完全退火、去应力退火、预防白点退火、球化退火）及正火等。锻件的使用性能主要靠最终热处理工艺来保证。

1.结构钢锻造过程中的质量缺陷及预防措施

（1）结构钢锻造过程中的质量缺陷 加热过程中的主要缺陷是氧化、脱碳、过热、过烧。锻件过热后在低倍上组织表现为粗晶。多数合金结构钢锻件过热后沿原高温奥氏体晶界有析出相，并常常呈现稳定过热。马氏体钢和贝氏体钢锻件过热后，由于组织遗传的原因，产生低倍粗晶。结构钢过热后的断口，按过热的程度和检验状态不同有粗晶断口、萘状断口和石状断口等。

结构钢一般都具有较好的塑性，锻造过程中的开裂主要是下列因素引起的：①钢锭和钢材中的冶金缺陷；②加热过程中由于渗硫、渗铜、渗锡等原因，在晶界上存在有低熔点相；③锻造操作不当。

锻造变形工艺不当时，可能引起折叠、流线分布不符合要求等缺陷。终锻温度偏低时，可能在锻件内引起带状组织。

结构钢在冷却过程中由于有相变，将引起组织应力。对于结构钢大锻件，当氢含量较高，且锻后冷却工艺不当时，易产生白点。

（2）防止脱碳的措施

1）锻件加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间，合理地选择加热速度以缩短加热的总时间。

2）热压力加工过程中，如果因为一些偶然因素使生产中断，应降低炉温以待生产恢复。如果停顿时间很长，则应将坯料从炉内取出或随炉降温。

3）进行冷变形时，尽可能地减少中间退火的次数及降低中间退火的温度，或者用软化回火代替高温退火。进行中间退火或软化回火时，加热应在保护介质中进行。

4）高温加热时，钢的表面利用覆盖物及涂料保护，以防止氧化和脱碳。

5）正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时能完全去掉。

（3）防止晶粒粗大的措施

1）采用适当的变形程度和变形温度也能达到细化晶粒的目的。例如，在设计模具和选择坯料形状、尺寸时，既要使变形量大于临界变形程度，又要避免出现因变形程度过大而引起的激烈变形区，并且模锻时应采用良好的润滑剂，以改善金属的流动条件，使其变形均匀。

锻件的晶粒度主要取决于终锻温度下的变形程度。

锻造时应恰当控制最高热加工温度（既要考虑到加热温度，也要考虑到热效应引起的升温），以免发生聚集再结晶。如果变形量较小时，应适当降低热加工温度。

终锻温度一般不宜太高，以免晶粒长大，但是对于高温合金等无同素异构转变的材料，终锻温度又不宜太低，不应低于出现混合变形组织的温度。

2）采用锻后正火（或退火）等工艺方法来细化晶粒。必要时，利用奥氏体再结晶规律进行高温正火来细化晶粒。

3）将材料加热奥氏体化，并迅速冷却。这样反复数次的急热急冷可以获得超细晶粒。急热时，在获得一定过热度的情况下，可产生大量晶核，急冷使晶核不能迅速长大。例如，GCr15材料快速加热到800～850℃，用冷盐水冷却，反复四次可获得超细晶粒。

2.模具钢锻件锻造过程中的质量缺陷及预防措施(https://www.xing528.com)

模具钢锻件除了具有结构钢锻件的缺陷外，由于高碳或高合金的特点，还具有其他锻造缺陷。

（1）材料的石墨化 锻造停锻温度过高加上随后的长时间退火，碳素工具钢会形成石墨化组织。

（2）碳化物偏析 例如，Cr12型冷作模具钢，由于共晶碳化物不容易破碎，锻打不均匀，锻造后保留大量的偏析成分区域，热处理难以消除。

（3）反常组织 在H13、Cr12型模具钢的锻造过程中，停锻温度高，冷却缓慢或者停锻以后没有冷却到Ar₁以下，就紧接着退火处理，在退火组织中形成二次网状碳化物。中碳合金模具钢中，由于二次网状碳化物的聚集作用，在二次网状碳化物和基体之间形成铁素体，加热淬火时会形成托氏体晶界，严重影响模具寿命。采用补充正火或调质处理可以消除反常组织。

（4）孪晶 由于锻造加热温度高，停锻温度过高后，在中碳合金模具钢的退火组织中可以见到孪晶组织存在。采用补充调质处理可以消除孪晶。

3.大型锻件锻造过程中的质量缺陷及预防措施

大型锻件由于断面尺寸大，生产过程复杂，其质量缺陷如下：

1）组织性能很不均匀。

2）晶粒粗细不均。

3）存在较大残留应力。

4）一些锻件容易产生白点。

大型锻件除了需要消除应力，降低硬度之外，主要是预防锻件出现白点，其次则是使锻件化学成分均匀化，调整与细化锻件组织。

对白点敏感的大型锻件进行锻后冷却与热处理时，如果能将氢大量扩散出去，同时尽量减小组织应力，就可避免产生白点。一般认为氢含量低于2～3cm²/100g便不会产生白点（此极限氢含量与钢的成分、锻件尺寸、偏析程度有关）。

氢在钢中的扩散速度和锻件的温度、组织、尺寸等有关，氢的扩散速度与温度的关系。锻件在锻后的冷却过程中，当温度降至650℃及360℃时，氢在钢中的扩散速度很大。在此温度附近保温停留，便可使氢大量扩散出去。

由于锻后冷却过程所产生的组织应力是由奥氏体转变而引起的，因此，欲使组织应力减小，则要求奥氏体转变迅速、均匀、完全。从过冷奥氏体等温转变图可知，位于等温转变曲线鼻尖处温度时，奥氏体转变最快，珠光体钢的鼻尖温度为620～660℃，马氏体钢为580～660℃及280～320℃。因此，当锻件冷却到上述温度进行等温转变时，便可使奥氏体转变迅速、均匀、完全，这样也就大大减小了组织应力。

减小产生组织应力的过冷奥氏体等温转变温度，也正好是钢中氧扩散最快的温度范围。大型锻件防止白点的锻后冷却与热处理工艺曲线如图8-2所示。①等温冷却（见图8-2a）适用于白点敏感性较低的碳钢及低合金钢锻件；②起伏等温冷却（见图8-2b）适用于白点敏感性较高的小截面合金钢锻件；③起伏等温退火（见图8-2c）适用于白点敏感性较高的大截面合金钢锻件。

图8-2 大型锻件防止白点的锻后冷却与热处理工艺曲线

a）等温冷却 b）起伏等温冷却 c）起伏等温退火