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閥體鍛件表面缺陷分析

  本文主要介紹材料為4Cr10Si2Mo鋼的柴油機(jī)閥體鍛件。4Cr10Si2Mo屬于鉻硅鉬馬氏體閥門(mén)鋼，有較高的熱強(qiáng)性，合金元素含量高，導(dǎo)熱性較差，鍛造溫度范圍比一般材料窄，常被用于制作內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥、輕負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥等。本文就鍛件表面的微小線(xiàn)性缺陷進(jìn)行分析研究。

  本次研究的材料規(guī)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(xiàn)性缺陷且與原材料纖維流線(xiàn)一致，本次選取的缺陷部位化學(xué)成分符合GB/T1221要求，但沿條狀缺陷橫向切開(kāi)，發(fā)現(xiàn)缺陷內(nèi)有氧化，末端圓鈍，繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)兩側(cè)存在脫碳及整條缺陷兩側(cè)均存在脫碳。

  經(jīng)分析，認(rèn)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(guò)程溫度低于終鍛溫度產(chǎn)生表面裂紋的問(wèn)題。而鍛后灰冷方式合理，也不會(huì)產(chǎn)生表面裂紋。

  通過(guò)該鍛件解剖件的高倍檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷部位金屬晶粒細(xì)小、均勻，無(wú)過(guò)熱過(guò)燒痕跡。經(jīng)缺陷部位的高低倍觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷末端圓鈍，有匯流跡象，且缺陷內(nèi)可見(jiàn)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(guò)程中金屬流動(dòng)不合理造成，或者由兩股或多股金屬對(duì)流匯合形成的；或由一股金屬急速大量流動(dòng)將鄰近部位的表層金屬帶著流動(dòng)，兩者匯合而形成；或由于變形金屬發(fā)生彎曲、回流而形成；或部分金屬發(fā)生局部變形，被壓入另一部分金屬內(nèi)而形成。

  通過(guò)分析該鍛件發(fā)現(xiàn)，坯料的金屬分布不合理，在鍛造過(guò)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(shí)，由于坯料截面積大，初始鍛造時(shí)無(wú)法與模具貼合，快速打擊過(guò)程中金屬流動(dòng)不合理，從而造成兩股或多股金屬對(duì)流匯合，從而形成折疊。 

  對(duì)模具設(shè)計(jì)過(guò)程重新計(jì)算、分析，認(rèn)為模具制坯型槽二次壓彎角度較小，通過(guò)重新計(jì)算，增大了二次壓彎角度，重新選擇材料規(guī)格，最終選用尺寸為φ50mm的棒材。經(jīng)過(guò)試生產(chǎn)，無(wú)表面缺陷，經(jīng)磁粉探傷均合格。