本文主要介紹材料為4Cr10Si2Mo鋼的柴油機閥體鍛件。4Cr10Si2Mo屬于鉻硅鉬馬氏體閥門鋼,有較高的熱強性,合金元素含量高,導熱性較差,鍛造溫度范圍比一般材料窄,常被用于制作內燃機進氣閥、輕負荷發動機的排氣閥等。本文就鍛件表面的微小線性缺陷進行分析研究。
本次研究的材料規格為φ60mm×66mm,鍛造溫度為900~1100℃,鍛后冷卻方式為灰冷。缺陷位于閥體鍛件的桿部,為線性缺陷且與原材料纖維流線一致,本次選取的缺陷部位化學成分符合GB/T1221要求,但沿條狀缺陷橫向切開,發現缺陷內有氧化,末端圓鈍,繼續觀察發現兩側存在脫碳及整條缺陷兩側均存在脫碳。
經分析,認為鍛造溫度900~1100℃、鍛后冷卻方式為灰冷的工藝合理。終鍛溫度和始鍛溫度都符合工藝要求,不存在因鍛造過程溫度低于終鍛溫度產生表面裂紋的問題。而鍛后灰冷方式合理,也不會產生表面裂紋。
通過該鍛件解剖件的高倍檢驗,發現缺陷部位金屬晶粒細小、均勻,無過熱過燒痕跡。經缺陷部位的高低倍觀察,發現缺陷末端圓鈍,有匯流跡象,且缺陷內可見氧化,兩邊邊緣部位有明顯的氧化脫碳層,判定該缺陷為折疊。通常情況下,折疊是鍛造過程中金屬流動不合理造成,或者由兩股或多股金屬對流匯合形成的;或由一股金屬急速大量流動將鄰近部位的表層金屬帶著流動,兩者匯合而形成;或由于變形金屬發生彎曲、回流而形成;或部分金屬發生局部變形,被壓入另一部分金屬內而形成。
通過分析該鍛件發現,坯料的金屬分布不合理,在鍛造過程中局部缺料,而其他部位多余料回流而形成了折疊。該鍛件采用φ60mm的棒料成形,在終鍛型腔中錘擊成型時,由于坯料截面積大,初始鍛造時無法與模具貼合,快速打擊過程中金屬流動不合理,從而造成兩股或多股金屬對流匯合,從而形成折疊。
對模具設計過程重新計算、分析,認為模具制坯型槽二次壓彎角度較小,通過重新計算,增大了二次壓彎角度,重新選擇材料規格,最終選用尺寸為φ50mm的棒材。經過試生產,無表面缺陷,經磁粉探傷均合格。