常见轴锻件缺陷及预防方法
在轴锻件的生产过程中,尽管操作人员会按照工艺规程进行控制,但有时仍会遇到一些缺陷。了解这些缺陷的类型、产生原因和预防方法,有助于提高产品质量,降低废品率。山西中重重工集团有限公司通过规范操作和过程检查,努力减少缺陷的发生。本文介绍几种常见的轴锻件缺陷及其预防方法。

表面裂纹是锻造轴锻件可能出现的一种缺陷。裂纹可能出现在轴锻件的表面,呈直线状、网状或龟裂状。产生裂纹的原因有多种:坯料加热温度不均匀或加热速度过快,导致热应力过大;锻造时变形量过大或变形速度过快,金属流动不畅;材料本身存在表面缺陷(如钢锭表面的微裂纹、折叠);坯料终锻温度过低,塑性下降。预防表面裂纹的方法包括:控制加热速度,采用分段加热,避免局部过热;锻造时合理分配变形量,避免一次变形过大(一般每次压下量不超过坯料高度的20%到30%);选择质量合格的原材料,必要时对坯料表面进行清理(剥皮或打磨);控制终锻温度,低于终锻温度时及时回炉加热。
内部疏松表现为轴锻件内部组织不够密实,存在微小的孔洞或间隙。锻造工艺中的镦粗和拔长操作,可以使坯料内部的疏松区域被压实。如果锻造比不够大(例如总锻造比小于2),或者锻造操作次数不足,内部疏松可能残留下来。对于使用钢锭作为原料的大型轴锻件,钢锭中心区域本身就存在一定的疏松,需要通过充分的锻造变形来改善。预防内部疏松的方法是采用合适的锻造比(一般轴锻件要求总锻造比不小于3),通过多次镦粗和拔长(例如镦粗一次、拔长一次为一个火次,进行两到三个火次),使金属组织更加均匀。此外,选择经过真空脱气处理的钢锭,可以减少原始疏松的程度。

折叠是锻造过程中金属流动不合理形成的一种缺陷。当坯料表面的金属被压入内部,或者两个相邻的金属面在对折后焊合(或未完全焊合)时,就会形成折叠。折叠处的金属组织不连续,在断口上可以看到明显的分层或缝隙。在使用中,折叠可能成为裂纹的起点,降低轴的疲劳寿命。预防折叠的方法是注意锻造操作手法,避免在同一位置反复锤击,避免使用不合适的工具形状;在拔长过程中,每次进给量应大于压下量,以防止金属被挤向两侧形成折叠;使用合适的砧子形状(如V型砧或平砧),使金属按照预期的方向流动;及时清理坯料表面的氧化皮,防止氧化皮被压入锻件。
白点是合金钢轴锻件中可能出现的内部缺陷。白点在断口上呈现银白色的圆形或椭圆形斑点,尺寸从几毫米到几十毫米不等。白点会降低材料的韧性和塑性,严重时可能导致轴在使用中断裂。白点的产生与两个因素有关:钢材中的氢含量(通常要求低于2 ppm)和冷却过程中产生的组织应力。氢在钢中的溶解度随温度降低而减小,过饱和的氢会聚集在微观缺陷处形成分子氢,产生巨大压力,与组织应力共同作用导致开裂。预防白点的方法包括:使用经过真空脱气处理的钢材,降低氢含量;锻造完成后进行缓慢冷却(如埋在灰坑中冷却),或者进行扩氢退火(在650℃左右长时间保温,使氢扩散逸出)。对于大型合金钢轴锻件,扩氢退火是必要的工序。
过热和过烧是加热过程中的缺陷。过热是指坯料在过高温度下加热,导致晶粒粗大。过热后的锻件韧性下降,但可以通过适当的热处理(如正火)来细化晶粒,得到一定程度的修复。过烧是指坯料加热温度接近或达到材料的熔点,导致晶界氧化或熔化。过烧后的材料基本报废,无法通过热处理修复。预防过热和过烧的方法是严格控制加热温度,避免坯料在高温区停留时间过长。使用带有温度控制系统的加热炉(如热电偶加温控仪),可以降低过热和过烧的风险。操作人员应定期检查炉温表的准确性,避免误操作。
为了及时发现缺陷,轴锻件在粗加工后可以进行无损检测。超声波检测(UT)可以发现内部缺陷(如疏松、白点、内部裂纹),检测时需要将探头沿锻件表面移动,观察反射波信号。磁粉检测(MT)适用于铁磁性材料,可以发现表面及近表面的裂纹、折叠等缺陷。渗透检测(PT)适用于各种材料,可以发现表面开口的缺陷。根据检测结果,可以判断锻件是否可以继续使用或需要返修。对于超标缺陷,有时可以通过打磨去除后补焊(需经过用户同意),但多数情况下需要判废。

通过规范的操作、合理的工艺和适当的检测,可以降低轴锻件的缺陷率,提高产品的可靠性。生产过程中的每个环节都做好记录,有助于在出现问题时追溯原因并改进工艺。

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