鋼材的內(nèi)部缺陷對(duì)熱處理工藝和性能的影響分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

鋼材的內(nèi)部缺陷對(duì)熱處理工藝和性能的影響分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：鋼材作為日常生活中不可缺少的材料，對(duì)零部件生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。由于各個(gè)鋼材制造企業(yè)對(duì)自身加工標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，致使最終的鋼材質(zhì)量難以統(tǒng)一。為了解決這一問(wèn)題，需要公司不斷完善生產(chǎn)體系，還應(yīng)當(dāng)規(guī)范鋼材的二次處理過(guò)程，防止出現(xiàn)難以解決的問(wèn)題。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)更好的優(yōu)化鋼材性能，針對(duì)鋼材中可能出現(xiàn)的不足進(jìn)行重點(diǎn)分析，并探究其在熱處理環(huán)節(jié)可能造成的影響，提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：鋼材;缺陷;預(yù)防措施

鋼材是機(jī)械制造領(lǐng)域中最為基礎(chǔ)的材料之一。但是在冶煉、鍛造、加工等環(huán)節(jié)中，均有可能對(duì)其造成一定破壞。本文主要針對(duì)鋼材自身問(wèn)題進(jìn)行深入論述，分析在熱處理環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的影響并給出相應(yīng)的解決意見(jiàn)。

1材料的鍛造比不足

金屬材料在實(shí)際的鍛造過(guò)程中是通過(guò)鍛造比來(lái)描述形變情況，由于鍛造完成后會(huì)在三個(gè)方向上均出現(xiàn)改變，因此通常選用變化最大的方向進(jìn)行衡量。不管是開(kāi)坯還是鍛造處理，因?yàn)榻Y(jié)晶的存在，均會(huì)造成材料缺陷。期望有效解決這些問(wèn)題，就應(yīng)當(dāng)把控好鍛造比，徹底去除柱狀結(jié)晶等，保證鋼材性能符合預(yù)期要求。

從具體的鍛造環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，鍛造比如果處于合理范圍內(nèi)，其同金屬性能就存在正相關(guān)關(guān)系。不僅如此，確保充足的形變程度以及有效的形變模式才可以消除材料脆性并防止出現(xiàn)偏析問(wèn)題。

2非金屬夾雜物超標(biāo)

通常存在的非金屬雜質(zhì)主要有以下兩種：其一是在冶煉環(huán)節(jié)中，由于鋼材中的氣體、脫氧試劑以及相關(guān)合金元素進(jìn)行了復(fù)雜的化學(xué)變化后，產(chǎn)生氧化物等雜質(zhì);其二是使用的耐火材料因?yàn)楦g原因會(huì)掉落到鋼液之中形成雜質(zhì)。熱處理環(huán)節(jié)需要把控好非金屬雜質(zhì)的特性?；诰唧w情況來(lái)說(shuō)，一般可以劃分成脆性雜質(zhì)和塑性雜質(zhì)兩大類(lèi)。

鋼材中存在的雜質(zhì)會(huì)破壞本身的連續(xù)性，一旦脫落會(huì)形成凹痕或裂痕，同時(shí)雜質(zhì)較大還有可能影響材料性能;經(jīng)由鍛造和軋制等環(huán)節(jié)后，雜質(zhì)還會(huì)被處理成流線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，致使金屬材料出現(xiàn)難以消除的各向異性，提升裂痕出現(xiàn)的可能性;對(duì)于精密度要求較高的量具，材料中如果含有雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響壽命周期。如果雜質(zhì)含量較多，還會(huì)在熱處理階段發(fā)生開(kāi)裂等問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題應(yīng)當(dāng)結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有效控制鋼材中的雜質(zhì)含量。

鋼材中含有的雜質(zhì)是無(wú)法完全清除的，材料的純凈指標(biāo)只能通過(guò)冶煉等環(huán)節(jié)進(jìn)行提升，減少雜質(zhì)比重，提升材料性能。

3內(nèi)裂

內(nèi)裂問(wèn)題通常指的是材料中出現(xiàn)白點(diǎn)以及軸心晶開(kāi)裂等，這些問(wèn)題的存在會(huì)影響后續(xù)的材料處理，導(dǎo)致可靠性降低。

3.1白點(diǎn)

白點(diǎn)是鋼材中不能存在的問(wèn)題，通常會(huì)在鍛造冷卻后出現(xiàn)。測(cè)定白點(diǎn)問(wèn)題的最佳方式是控制在淬火狀態(tài)中，避免折斷時(shí)出現(xiàn)失真。對(duì)于白點(diǎn)的形成，各個(gè)學(xué)派觀點(diǎn)差異較大。有些學(xué)派認(rèn)為，出現(xiàn)白點(diǎn)的核心是氫元素和較大的內(nèi)應(yīng)力。也就是鋼材中殘留的氫元素集聚后形成分子形態(tài)，不斷膨脹后造成內(nèi)應(yīng)力上升，導(dǎo)致后續(xù)的熱處理和冷卻環(huán)節(jié)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

鋼材中的白點(diǎn)會(huì)嚴(yán)重影響最終的性能指標(biāo)，致使材料無(wú)法應(yīng)用，且白點(diǎn)會(huì)加大加工處理過(guò)程中的開(kāi)裂概率，提高廢品率。

3.2縮孔殘余

該問(wèn)題是因?yàn)殇摬拿翱谖恢梦茨苡行宄s孔，導(dǎo)致開(kāi)坯和軋制階段出現(xiàn)殘留。在縮孔范圍內(nèi)會(huì)聚集大量雜質(zhì)，影響正常的鍛造和熱處理操作。

3.3軸心晶間裂紋

軸心晶的裂痕主要出現(xiàn)在鋼材凝固階段。因?yàn)榈吞间撛谀虝r(shí)相區(qū)間距不足且鋼液未能及時(shí)補(bǔ)充，就會(huì)形成裂痕。此外，如果鋼材結(jié)構(gòu)和鑄造方式出現(xiàn)偏差，會(huì)加大應(yīng)力，加劇開(kāi)裂程度。對(duì)于軸心晶裂痕，如果無(wú)法通過(guò)鍛造有效處理，就會(huì)影響材料的連續(xù)性，即使強(qiáng)度指標(biāo)偏差較小，但性能卻明顯降低，所以該問(wèn)題必須要徹底消除。

4縮孔、疏松、偏析、帶狀組織

4.1縮孔與疏松

材料在冷凝過(guò)程中，體積會(huì)出現(xiàn)一定的收縮，如果未能做好補(bǔ)充就會(huì)出現(xiàn)空洞等問(wèn)題。通常將較為密集的空洞稱(chēng)為縮孔，而相對(duì)分散則被稱(chēng)為疏松。因?yàn)闊崦浝淇s的原理，縮孔無(wú)法避免，但應(yīng)當(dāng)對(duì)其有效處理，保證材料性能。

4.2偏析

偏析是指金屬材料內(nèi)部不同位置的化學(xué)元素分布不均，本質(zhì)上是因?yàn)榻Y(jié)晶和部分元素?cái)U(kuò)散未達(dá)到要求。偏析在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法完全消除，應(yīng)當(dāng)通過(guò)優(yōu)化處理予以控制。

（1）樹(shù)枝狀偏析

樹(shù)枝結(jié)構(gòu)的偏析是由于材料冷卻速度較快，難以達(dá)到平衡狀態(tài)，導(dǎo)致固液相體中擴(kuò)散程度不夠，出現(xiàn)較為明顯的差異。正是由于該差異導(dǎo)致固相為樹(shù)枝結(jié)構(gòu)。通常在生產(chǎn)中可以利用高溫均勻處理進(jìn)行優(yōu)化，以保證鋼材性能滿(mǎn)足預(yù)期目標(biāo)。

（2）點(diǎn)狀偏析

主要指的是橫向酸浸試樣中存在較為明顯的暗色斑塊，同時(shí)縱向試樣中存在暗色條帶。對(duì)該類(lèi)型偏析進(jìn)行分析，不難看出結(jié)構(gòu)為由內(nèi)往上傾斜，表征這一問(wèn)題是由于鋼材向外排出氣體時(shí)產(chǎn)生氣孔混入雜質(zhì)。出現(xiàn)這一問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致鋼材性能大幅度下降，難以發(fā)揮正常效用。

（3）方形偏析

該類(lèi)型偏析主要是在橫向酸浸試樣中出現(xiàn)較為集中的暗色方形點(diǎn)。對(duì)比來(lái)看，偏析帶位置的雜質(zhì)比重相對(duì)較高，大多出現(xiàn)在鋼材的上半部分。對(duì)于這一問(wèn)題的形成，學(xué)者們普遍認(rèn)定是鋼材中的物化性質(zhì)出現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致內(nèi)部的雜質(zhì)比重超出合理范圍。方形偏析問(wèn)題具有標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，可以通過(guò)優(yōu)化鋼液的純凈程度進(jìn)行把控。

4.3帶狀組織

經(jīng)由熱壓處理的鋼材，會(huì)在軋制位置呈現(xiàn)出帶狀組織，其本質(zhì)是合金材料中的不同相體，會(huì)直接影響到切削性能。

出現(xiàn)帶狀組織的具體原因是熱壓處理將偏析結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)進(jìn)行拉長(zhǎng)，致使材料表現(xiàn)出各向異性，嚴(yán)重影響鋼材性能。如果是由偏析問(wèn)題導(dǎo)致的帶狀組織一般利用正火處理進(jìn)行優(yōu)化，而由高碳合金材料引起的偏析則無(wú)法根本去除，只能通過(guò)退火改善。

5粗大組織

粗大組織的形成多是因?yàn)榧訜徇^(guò)程中參數(shù)選擇出現(xiàn)偏差，造成晶粒粗大化，影響鋼材的強(qiáng)度性能和韌性指標(biāo)。過(guò)熱問(wèn)題是由于熱壓處理時(shí)的溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍或處于高溫時(shí)間過(guò)久導(dǎo)致的。此外，形變過(guò)程中出現(xiàn)的摩擦加劇也會(huì)引起溫度上升，致使晶粒粗大化，難以滿(mǎn)足力學(xué)性能要求。