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在铝合金锻造中白点的成因

2014年07月05日

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关于铝合金锻造过程中白点形成的理论有很多。但比较有说服力而又能被实践证明的是:白点是由于钢中氢和组织应力共同作用的结果。这里的组织应力主要指奥氏体转变为马氏体和珠光体时形成的内应力。没有一定数量的氢和较显著的组织应力,白点是不能形成的。但是,若只是含氢量较高,而组织应力不大,一般也不会出现白点。例如,单相的奥氏体和铁素体类钢,因没有相变的组织应力,就极少出现白点。
         氢气和组织应力是如何促使形成白点的呢?目前对这些问题的认识大致如下:1)钢中含有氢时,使钢的塑性降低。当含氢量达到某数值时,塑性急剧地下降,造成氢脆现象。尤其当钢内长时间存在应力的情况下,氢可以扩散到应力集中区(间隙溶解的氢原子有集中到承受张应力的晶格中去的倾向),并使其塑性下降到几乎等于零。在应力足够大时就产生脆性破断。例如25Cr2Ni2Mo钢含14.5cm3/100g的氢时,于900℃正火,600℃回火后的伸长率降至0.6%,断面收缩率降至0;含7.84cm3/100g的氢时,淬火状态的伸长率和断面收缩率均降至0.20钢含170cm3/100g的氢时,退火状态的伸长率降为0.2%,断面收缩率为0;含12.76 cm3/100g的氢时,淬火状态的伸长率和断面收缩率均降至0;2)炼钢时钢液中吸收的氢,在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。图3-38为氢在铁中的溶解度曲线。它来不及逸出钢锭表面而存在于钢锭内部空隙处。在宁波市神光电炉工人压力加工之前加热时,氢又溶于钢中,压力加工后的冷却过程中由于奥氏体分解和温度降低,氢在钢中溶解度减少,氢原子从固溶体中析出到钢坯内部的一些显微空隙处。氢原子在这里将结合成分子状态,并产生相当大的压力(当钢中含氢量为0.001%,温度为400℃时,这种压力可高达1200MPa以上)。另外,氢与钢中的碳反应形成甲烷(CH4),也造成很大的分子压力。这一点被有的白点表面有脱碳现象所证实;3)钢坯在冷却过程中因相变而造成的组织应力在一定条件下可达到相当大的数值(树枝状偏析愈严重、冷却速度愈快、淬透性愈好的钢,组织应力就愈大)。因此,钢氢脆失去了塑性,在组织应力及氢析出所造成的内应力的共同作用下,使钢发生了脆性破裂,这就形成了白点。压力加工过程中不均匀变形经起的附加应力和冷却时的热应力对白点形成也有一定影响。
        据神光电炉工程师介绍铸钢因为内部有许多较大的空隙,氢析出时不会造成很大的内应力,因此对白点不敏感。铁素体和奥氏体类钢因冷却时无相变发生,不会有组织应力,所以一般也不出现白点。莱氏体钢冷却时虽有较大的组织应力,但可能是由于氢在这些钢中形成稳定的氢化物和由于复杂的碳化物阻碍了氢的析出等原因,也不产生白点。
        白点常常是锻件冷却至室温后几小时或几十小时,甚至更长的一段时间后才产生的。例如,160mm的马氏体类合金结构钢方坯,冷却后12、24、48h均未发现白点,直到72h才发现白点。另外,白点开始产生后,在以后的继续冷却和放置期间还不断地扩大和产生新的白点。因此,检查白点应在冷却后再隔一段时间进行。

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