理论教育 锻造加工缺陷对失效行为的影响分析

锻造加工缺陷对失效行为的影响分析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:2.锻造工艺缺陷的影响分层与折叠 分层与折叠的内表面上存在着氧化物,阻止缝隙中的金属结合,形成一种尖锐的不连续缺陷,引起应力集中,有可能成为疲劳裂纹源,造成疲劳失效,或在热处理淬火时,扩展成为裂纹,造成零件报废。

锻造加工缺陷对失效行为的影响分析

1.锻造加热缺陷的影响

(1)过热与过烧 过热钢锻件由于晶粒粗大,且存在着晶界杂质,致使力学性能较差,尤其是强度、塑性和韧性明显下降,且魏氏组织往往与粗大晶粒伴生。这种钢在锻造时,虽然一般不会产生裂纹,但有可能导致产生龟裂、淬火裂纹或性能下降。

过烧会使锻件的力学性能急剧恶化,且所发生的相变是不可逆的,因而无法用热处理或其他方法挽救,只有报废或回炉重炼。

(2)脱碳与增碳。脱碳与增碳均使表面力学性能与内部不一致,使表面与心部界面处产生内应力,特别是增碳件,其表面塑性、韧性的降低更加明显,更易产生表面裂纹。在交变载荷或者应力作用下,致使裂纹扩展,抗疲劳性能下降。

2.锻造工艺缺陷的影响

(1)分层与折叠 分层与折叠的内表面上存在着氧化物,阻止缝隙中的金属结合,形成一种尖锐的不连续缺陷,引起应力集中,有可能成为疲劳裂纹源,造成疲劳失效,或在热处理淬火时,扩展成为裂纹,造成零件报废。

(2)锻入的氧化皮 锻入的氧化皮是锻件最普遍的表面缺陷之一,钢中锻入的氧化皮(铝合金中锻入的氧化膜),如同锻件中的非金属夹杂物一样,破坏了金属的连续性,引起明显的应力集中,降低锻件的疲劳性能,经常成为锻件疲劳破坏的疲劳源。(www.daowen.com)

(3)流线不顺 锻件中不合乎要求的流线(涡流流线、穿流流线和紊流流线),使纤维中断,组织突变,降低了锻件的力学性能和疲劳强度,同时,造成许多潜伏的裂纹源,导致脆性(或韧性)断裂、疲劳断裂或应力腐蚀开裂。

(4)裂纹 锻件内部横向及纵向裂纹,严重破坏了锻件组织的连续性,有的甚至穿透锻坯暴露在空气中,往往有明显的氧化物网络和脱碳现象,导致力学性能下降,或裂纹源进一步扩展,致使锻件失效。

表面龟裂将显著降低锻件的力学性能致使锻件失效。

如上所述,锻造加工缺陷不仅破坏了锻件金属的连续性,成为应力集中源、裂纹源、疲劳源,而直接导致锻件在使用中失效,而且显著降低锻件的力学性能,尤其会大大降低锻件对由疲劳、冲击或应力腐蚀引起的裂纹扩展的抗力,在一定载荷条件下导致锻件完全失效。

此外,几乎所有锻件都是用铸锭或铸锭经加工成棒材,或预成形件作为原始材料的,因此,锻件的质量直接与铸锭的状态有关,而且无论经过多少次热加工过程,都能发现锻件中的很多缺陷起源于铸锭的缺陷。例如:来自铸造的非金属夹杂物,常常是引起锻件失效的重要原因。因此,加强对原材料锻造前的无损检测是保证锻件质量的重要措施之一。

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