車輪鍛后冷卻缺陷產生的原因

     車輪鍛件鍛后冷卻是指結束鍛造后從終鍛溫度冷卻到室溫的過程。鍛造后的鍛件如果冷卻方法選 擇不當，在實際生產中某些鍛件有時會產生裂紋甚至報廢。因此，要重視鍛造后冷卻方式的選擇。對于一般鋼料的小鍛件，鍛后可直接放在地上空冷?對合金鋼鍛件或大型鍛件，則應考 慮合金元素含量和斷面尺寸大小來確定合適的冷卻規(guī)范。否則容易產生各種缺陷。鍛后冷卻 過程常見的缺陷有：裂紋、白點、網(wǎng)狀碳化物等。

1.裂紋

      車輪鍛件鍛后冷卻裂紋是由于冷卻過程中產生的內應力引起的，按冷卻時內應力產生的原因 不同有：溫度應力、組織應力和殘余應力。溫度應力是鍛件在冷卻過程中內外溫度不同，造成收縮不一致而產生。冷卻初期表層冷 卻快，表面收縮受到心部阻礙，在表面產生拉應力，心部產生壓應力。隨冷卻繼續(xù)進行，如 果鍛件為抗力較小的軟鋼，表面微量塑性變形可松弛表面拉應力，冷卻后期，表面溫度降到 常溫，心部溫度高，繼續(xù)收縮，表面會阻礙心部的收縮，結果造成表面為壓應力，心部為拉 應力，如圖3-23 (a)所示，這種情況產生內裂的傾向性較大。對于抗力大難變形的硬鋼， 冷卻初期表面拉應力得不到松弛，到了冷卻后期，心部收縮對表面產生的附加壓應力只能降 低一部分表面拉應力，不會使溫度應力方向發(fā)生改變，結果表面仍為拉應力，心部為壓應力，如圖3-23 (b)所示，這種情況產生外裂傾向性較大。

     組織應力是鍛件在冷卻過程中發(fā)生相變，表里發(fā)生相變的時間和相的比體積不同而產生 應力，如馬氏體比容要比奧氏體大，當鍛件表面冷卻到馬氏體轉變溫度時，表面首先發(fā)生馬 氏體轉變，而心部仍處于奧氏體態(tài)，因此鍛件表面體積膨脹受到心部制約，這時產生的組織 應力是表面受壓應力，心部為拉應力，，心部組織的塑韌性較高，通過 局部塑性變形可以緩和上述應力。但當心部發(fā)生馬氏體轉變時，心部體積膨脹，受到表面的 阻礙，引起表面為拉應力，心部為壓應力。實際生產中鍛件尺寸越大，熱導率越小，溫度應 力和組織應力越大。殘余應力是鍛件在成形過程中，因變形不均勻、加工硬化而引起的應力，未能及時得到 再結晶軟化而消除，鍛后仍保留在鍛件中的應力。當這三種應力疊加超過鋼材的強度極限 時，會在鍛件相應部位產生裂紋，如內部內裂、表層外裂。因此，鍛好的鍛件不能隨意冷 卻。如含碳量較高的鋼在700°C以下不能快冷，需要進人緩冷坑緩冷，中低碳鋼、中小型鍛 件和低合金鋼鍛件可采用空冷。

2.白點

   車輪鍛件鍛后冷卻不當可能會產生白點，白點是鋼中的氫和內應力共同作用在鍛件內部形成 的一種極細小的脆性裂紋，在鋼的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點。合金鋼中的白 點色澤光亮，碳素鋼較暗。白點的尺寸由幾毫米到幾十毫米。從顯微組織上觀察，白點附近 區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)塑性變形的痕跡。因此，白點是純脆性的。白點不僅導致力學性能急劇下降， 而且在熱處理淬火時會使零件開裂，或零件在使用過程中發(fā)生延遲破壞而突然斷裂。因此， 鍛件中不允許存在白點缺陷。白點多發(fā)生在珠光體組織和馬氏體組織的合金鋼中，碳素鋼程 度較輕，奧氏體、鐵素體組織的鋼和萊氏體合金鋼極少發(fā)現(xiàn)白點缺陷。為防止白點缺陷，熱處理時可采用鐵素體區(qū)等溫處理，使氫逸出，因為氫在a-Fe中溶 解度要小于在y-Fe中溶解度，在所有溫度下氫在a-Fe中擴散系數(shù)都遠大于y-Fe中的擴散系 數(shù)，因此在鐵素體區(qū)等溫處理有利于氫的逸出。對于碳鋼可在620?660°C等溫處理，對于 白點敏感性較高的合金鋼可先進行280?330°C等溫處理后然后升溫至580?660°C等溫處理，均可減小鍛件中的氫。隨著目前熔煉技術的提高和爐外精煉技術應用，材料中氫的含量降 低，氫脆的危害減少。

3.網(wǎng)狀碳化物

過共析鋼和碳量較高的合金鋼終鍛溫度較高并在鍛后緩冷時，特別是在區(qū)間 緩冷，奧氏體將析出大量的二次碳化物，由于碳原子具有較大的活動能力和足夠的時間擴散 到晶界，便沿著奧氏體晶界形成網(wǎng)狀碳化物。當網(wǎng)狀碳化物較嚴重時，用一般熱處理方法不 易消除，使材料的沖擊韌性降低，熱處理淬火時常引起龜裂。