دانش

علل و اقدامات بهبود ترک‌های سطحی در قطعات آهنگری

 

فولاد 40Cr پس از عملیات کوئنچ و تمپرینگ، خواص مکانیکی جامع عالی، قیمت متوسط ​​و فرآیندپذیری آسان دارد. در حال حاضر، این فولاد یکی از پرکاربردترین گریدهای فولاد در صنعت تولید ماشین‌آلات است. چین ویگور به طور فعال و عمیق در سایت‌های پردازش عمیق مشتریان خود مشارکت دارد تا جریان‌های فرآیند محصول آنها را درک کند؛ با تجزیه و تحلیل نمونه‌های غیرطبیعی، علل اساسی ترک‌های سطحی در قطعات آهنگری شده 40Cr را شناسایی کرده و راه‌حل‌هایی را پیشنهاد می‌دهد. از یک سو، مشتریان را برای بهبود فرآیندهای تولید خود راهنمایی می‌کند و رابطه خوبی با آنها برقرار می‌کند؛ از سوی دیگر، کاربردهای نهایی محصولات را نیز درک می‌کند و به سرعت فرآیندهای تولید شمش‌های ریخته‌گری مداوم 40Cr (یا مواد نورد شده) را برای تولید محصولاتی که نیازهای بازار را برآورده می‌کنند، تنظیم می‌کند.

 

مشخصات فنی 1

مشخصات فنی اولیه برای تحویل به شرح زیر است: مشخصات اصلی شمش‌های ریخته‌گری مداوم شامل شمش‌های مربعی با قطر 300 میلی‌متر است. × 300 میلیمتر، 350 میلیمتر × ۴۵۰ میلی‌متر و ۳۷۰ میلی‌متر × ۴۸۰ میلی‌متر، و شمش‌های گرد ۳۰۰ میلی‌متر، ۴۰۰ میلی‌متر، ۴۵۰ میلی‌متر، ۵۰۰ میلی‌متر و ۶۰۰ میلی‌متر. مشخصات فولاد گرد نورد گرم به شرح زیر است: φ۱۰۵ تا ۲۷۰ میلی‌متر. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن میلگردهای نورد گرم ۴۰Cr، فرآیند اصلی تولید به شرح زیر است: مبدل (کوره الکتریکی) - تصفیه - VD - ریخته‌گری مداوم - تحویل گرم - شمش نورد گرم - نورد چهار مرحله‌ای - خنک‌کننده آهسته.

 

شرایط اساسی برای تحویل شمش‌های ریخته‌گری پیوسته 40Cr به شرح زیر است: ساختار با بزرگنمایی کم باید مطابق با YB/T 153 ارزیابی شود.-۱۹۹۹. درجه تخلخل مرکزی، حفره انقباضی، ترک مرکزی، ترک زیرپوستی و حباب زیرپوستی روی قطعه آزمایشی ساختار با بزرگنمایی کم اچ شده با اسید از مقطع شمش ریخته‌گری نباید از درجه ۲.۰ تجاوز کند. سطح شمش ریخته‌گری باید عاری از حفره انقباضی قابل مشاهده، حباب زیرپوستی، اتصال لب به لب، پوسته پوسته شدن پوست، زخم، آخال و غیره باشد. هیچ ترکی با عمق بیشتر از ۱ میلی‌متر و هیچ خراش، فرورفتگی، منفذ، چین و چروک، پاشش سرد، بیرون‌زدگی، فرورفتگی، علامت ارتعاش عرضی و غیره با عمق یا ارتفاع بیشتر از ۲ میلی‌متر نباید وجود داشته باشد. اگر سطح شمش فولادی دارای هر یک از عیوب ذکر شده در بالا باشد که مجاز نیستند یا از مقررات مجاز تجاوز می‌کنند، باید برطرف شوند. عرض محل برداشتن نباید کمتر از ۶ برابر عمق و طول آن نباید کمتر از ۱۰ برابر عمق باشد. پس از برداشتن، عمق نقص نباید از ۱۰ میلی‌متر تجاوز کند. ناحیه معیوب پس از تعمیر باید صاف و عاری از گوشه‌های تیز باشد. تنها پس از برآورده شدن الزامات، می‌توان شمش‌ها را به صورت خارجی فروخت یا نورد کرد تا میزان رد شدن میلگردها به دلیل عیوب شمش مانند شکستگی و ترک‌های بزرگ کاهش یابد.

 

شرایط اساسی برای تحویل فولاد گرد نورد گرم 40Cr به شرح زیر است: ساختار با بزرگنمایی کم اچ شده با اسید باید مطابق با GB/T1979 ارزیابی شود، به طوری که تخلخل مرکزی، تخلخل عمومی و جدایش شمش بیش از 2.0 نباشد و جدایش نقطه‌ای عمومی، جدایش نقطه‌ای لبه و حباب‌های زیرپوستی مجاز نباشند. اندازه دانه آستنیت فولاد باید مطابق با GB/T6394 تعیین شود، به طوری که درجه آن کمتر از 5.0 نباشد و تفاوت در یکنواختی اندازه دانه بیش از 3 درجه نباشد. فولاد باید از نظر آخال‌های غیرفلزی مطابق با GB/T10561 بررسی و با روش A ارزیابی شود. درجه‌های واجد شرایط آخال‌ها به شرح زیر است: سیستم درشت/ریز ≤ 2.0 /≤ ۳.۰؛ سیستم درشت/ریز B، C، D ≤ 1.5 /≤ 2.5. 2

 

2. موردs

مورد ترک خوردگی فولاد فورج شده 40Cr I

◆ وضعیت اساسی: یک شرکت ماشین آلات خاص، فولاد 40Cr را با مشخصات زیر خریداری کرد: φ۱۱۵ میلی‌متر، که توسط کاربر برای ساخت لوله محور توپی چرخ خودرو استفاده شده است، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است. کاربر ترک‌های سطحی را در پایین لوله محور مشاهده کرد که در آن پس از آهنگری (آهنگری قالبی) (قبل از انجام فرآیند عملیات حرارتی) عمیقاً تغییر شکل داده شده بود، که منجر به دور ریختن حدود ۳۰٪ از قطعات کار شد.

 

ریخت‌شناسی آخال‌ها در میلگردهای نورد گرم شده در شکل 2 نشان داده شده است.

 

ریزساختار از لبه تا مرکز در شکل 3 نشان داده شده است. شبکه از فریت و قسمت داخلی از پرلیت لایه لایه تشکیل شده است. اندازه شبکه فریت از لبه تا مرکز متفاوت است و اندازه متوسط ​​دانه روند افزایشی تدریجی از لبه تا مرکز را نشان می‌دهد.

 

ترک‌های واضحی روی لبه وجود دارد و در نزدیکی ترک‌ها، یک لایه دکربوریزاسیون به دلیل اکسیداسیون تشکیل شده است. در میان آنها، قسمت سفید روی لبه فریت، قسمت سیاه سوراخ‌ها و قسمت خاکستری محصولات اکسیداسیون است، همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است.

مورد ترک در فولاد فورج شده 40Cr II

◆ وضعیت اساسی: یک شرکت آهنگری در جیانگ سو، شمش‌های ریخته‌گری پیوسته 40Cr با ابعاد 300 میلی‌متر خریداری کرد. × ۳۰۰ میلی‌متر. ترکیب، نقص‌های ساختاری با بزرگنمایی کم و درجه‌بندی‌ها، همگی الزامات کنترل داخلی شرکت را برآورده می‌کردند. کاربر، شمش‌های ریخته‌گری مداوم را به چرخ‌دنده تبدیل می‌کرد. مراحل اصلی پردازش برای چرخ‌دنده‌های کاربر عبارت بودند از: سوراخ‌کاری - گرمایش - فورج به میله‌های گرد - اره‌کاری - کوئنچ و تمپر - تراشکاری خشن و نهایی. در مجموع ۲۱ چرخ‌دنده توسط شرکت پردازش شد که از این تعداد، ۱۱ چرخ‌دنده پس از تراشکاری خشن، ترک داشتند و ترک‌ها اساساً در همان محل بودند، همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده است.

آنالیز متالوگرافی در نزدیکی ترک: مورفولوژی ترک و توزیع آخال در شکل 6 نشان داده شده است. هیچ دکربوریزاسیون آشکاری در دو طرف ترک وجود ندارد. ریزساختار شامل پرلیت لایه‌ای و فریت شبکه‌ای است. علاوه بر این، درجه آخال تعیین شد. در میان آنها، درجه‌های درشت/ریز انواع A، B و D برابر با 0.5/0، درجه درشت/ریز نوع C برابر با 1.0/0 و آخال DS برابر با 1.5 است که از استانداردهای داخلی شرکت تجاوز نمی‌کند.

3. تحلیل و بحث

در مورد اول، بر اساس نتایج آزمایش، ترک‌ها عمدتاً در لایه‌های سطحی و زیرسطحی رخ داده‌اند. فریت سفید نزدیک ترک‌ها به دلیل کربن‌زدایی تشکیل شده و محصولات اکسیداسیون خاکستری بوده‌اند. یافتن علت کربن‌زدایی در سطح و به ویژه در لایه‌های زیرسطحی ضروری است. احتمال اینکه تنش پسماند زیاد فرآیند فولاد باعث ایجاد ترک در حین گرمایش شده باشد، نسبتاً کم است. φمیلگرد ۱۱۵ میلی‌متری می‌تواند به راحتی در حین گرمایش، تنش پسماند را آزاد کند. علاوه بر این، احتمال اینکه ترک‌ها در اثر دمای گرمایش نامناسب در حین آهنگری ایجاد شده باشند نیز نسبتاً کم است. سرعت سرد شدن سریع پس از آهنگری نیز نمی‌تواند چنین ترک‌هایی را ایجاد کند، زیرا تشکیل یک لایه بزرگ کربن‌زدایی در نزدیکی منبع ترک در سرعت سرد شدن سریع دشوار است (دمای نهایی آهنگری عموماً ۸۵۰ درجه سانتیگراد است).℃و برای مدت طولانی روی ۶۵۰ نگه داشته شده است℃~ 850℃ برای تشکیل یک لایه دکربوریزاسیون لازم است). دونگ چانگ شینگ و همکارانش معتقدند که اگر دکربوریزاسیون در نزدیکی ترک‌ها یافت شود، نشان می‌دهد که ماده اصلی دارای نقص است و ریزساختار نزدیک ترک‌ها در حین گرمایش تغییر می‌کند که مستعد تشکیل فریت سفید است. بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل فوق، در نهایت تأیید شد که ترک‌های سطحی شمش آهنگری ناشی از سوراخ‌های گازی زیرسطحی (ترک‌ها) در شمش هستند و این موضوع در نهایت از طریق آزمایش شستشوی اسیدی تأیید شد. تولیدکننده از گرمایش الکتریکی با فرکانس بالا استفاده کرد و دکربوریزاسیون در نزدیکی نقص‌ها در حین فرآیند گرمایش سریع شمش رخ داد. در حین فرآیند آهنگری، به دلیل وجود اکسیدها، انتشار اتم‌ها به تأخیر افتاد و جوش خوردن ترک‌ها به یکدیگر را دشوار کرد و آنها تحت تنش کششی بیشتر گسترش یافتند و در نهایت منجر به تولید برخی محصولات معیوب شدند.

 

در مورد دوم، هیچ دکربوریزاسیونی در نزدیکی ترک‌ها مشاهده نشد، که نشان می‌دهد ترک‌ها در حین گرمایش وجود نداشته‌اند، به این معنی که هیچ ترکی در ماده اصلی وجود نداشته است. برای حل اساسی این مشکل، تحقیقات دقیقی در مورد فرآیندهای اساسی فرآوری شمش ریخته‌گری مداوم به چرخ‌دنده انجام شد. در طول تحقیقات، مشخص شد که طراحی حد مجاز ماشینکاری در طول فرآیند تبدیل شمش به میلگرد نادرست بوده است. استاندارد باید بر اساس GB/T 21471 باشد.-۲۰۰۸. برای مثال، اگر اندازه خالص حلقه چرخ‌دنده باشد φ200 میلی‌متر و ضخامت 50 میلی‌متر است و 20 قطعه به طور همزمان پردازش می‌شوند، طبق این استاندارد، شمش آهنگری قبل از ماشینکاری باید باشد φ(215±۶) میلی‌متر و طول آن باید (۱۱۳۰) باشد±۱۲) میلی‌متر (توجه: عرض دندانه اره‌ای حدود ۵ میلی‌متر است) تا الزامات برش را برآورده کند. با این حال، مشتری هنگام ساخت شمش آهنگری، میزان مجاز ماشینکاری را حدود ۸ میلی‌متر کنترل کرده است و همچنین احتمال تا شدن در هنگام ۳۰۰ میلی‌متر وجود دارد.×شمش مربعی ۳۰۰ میلی‌متری به صورت میلگرد آهنگری شده است. بنابراین، حد مجاز ماشینکاری طراحی شده نمی‌تواند الزامات واقعی تولید را برآورده کند. علاوه بر این، در طول تحقیقات مشخص شد که در سازماندهی فرآیند تولید مشتری نیز مشکلاتی وجود دارد. تراشکاری خشن باید قبل از کوئنچ و تمپر انجام شود، نه اینکه تراشکاری خشن و پرداخت نهایی پس از کوئنچ و تمپر انجام شود. اگر کوئنچ و تمپر قبل از تراشکاری خشن انجام شود، حتی اگر آهنگری کوچک باشد، باز هم مستعد ترک‌های کوئنچ به دلیل نقص‌های سطحی شمش آهنگری در طول کوئنچ است. نظرات فوق توسط کاربر تشخیص داده شد و پس از تنظیمات فوق هیچ اختلاف کیفی رخ نداد.

 

نتیجه

۱) سوراخ‌های گاز زیرسطحی (ترک‌ها) در قطعه میلگرد، علت اصلی ترک خوردن لوله‌های میلگرد توپی چرخ خودروها هستند. با انتخاب سرباره محافظ با ویسکوزیته پایین‌تر و پخت به موقع آن، حفظ خنک‌سازی یکنواخت غلتک‌های گیره و تعمیر به موقع آنها، می‌توان از ایجاد عیوب زیرسطحی جلوگیری کرد. توصیه می‌شود میلگردهای دارای سوراخ‌های گاز زیرسطحی (ترک‌ها) به جای پردازش تحت فشار، برای پردازش برش استفاده شوند.

۲) طراحی نادرست نقشه آهنگری، علت اصلی ترک‌های روی سطح چرخ‌دنده‌های ۴۰Cr است. ارتباط به موقع با مشتریان پایین‌دستی می‌تواند از اختلافات غیرضروری در مورد کیفیت جلوگیری کند.