30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子缺陷性質(zhì)分析

劉賀周巍喬堅(jiān)楊潔(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江161042)

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30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子缺陷性質(zhì)分析

劉賀周巍喬堅(jiān)楊潔
(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江161042)

摘要:采用金相高低倍及掃描電鏡斷口、成分分析相結(jié)合的檢測(cè)手段，分析確認(rèn)30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子的缺陷性質(zhì)為疏松，并提出了預(yù)防措施。指出嚴(yán)格控制冶煉過(guò)程及澆注過(guò)程，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)腻懺毂?，利用合理的鍛壓變形工藝，才能防止疏松缺陷，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞:疏松;斷口分析;鍛造比;鍛壓變形

一根材質(zhì)為30Cr1Mo1V的高中壓轉(zhuǎn)子，在無(wú)損檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)軸身心部約(?180×1580) mm范圍內(nèi)有?1．6 mm的密集性缺陷(見(jiàn)圖1)，致使該轉(zhuǎn)子報(bào)廢。為確定缺陷性質(zhì)，找出致廢原因和提出改進(jìn)措施，我們?cè)贏、B兩部位各取10片橫向和5片縱向試樣，進(jìn)行了分析討論。

1　檢驗(yàn)方法和結(jié)果

1．1低倍檢驗(yàn)

經(jīng)酸洗檢查，在橫向低倍試片上發(fā)現(xiàn)數(shù)量不等、大小不一的暗色斑點(diǎn)或針狀孔隙(見(jiàn)圖2)，縱向低倍試片有不同程度的偏析條帶(見(jiàn)圖3)。

1．2高倍檢驗(yàn)

拋光后，在橫向金相試樣表面，多角形孔洞和圓形針孔清晰可見(jiàn)，微觀特征極為明顯(見(jiàn)圖4、圖5)。腐蝕后，孔洞多分布于三角晶界處，沿晶界延伸方向擴(kuò)展(見(jiàn)圖6)。

圖1　取樣部分示意圖Figure 1　The section diagram of specimen

圖2　橫向試片上的孔洞和針孔狀孔隙Figure 2　 Holes and pinhole porosities on transverse specimen

圖3　縱向試片上的偏析條帶Figure 3　 Segregation band on the vertical specimens

圖4　多邊形孔洞的微觀形貌特征( 50×)Figure 4　 The microstructure characteristics of the polygon holes ( 50×)

圖5　孔洞的微觀形貌特征( 100×)Figure 5　 The microstructure characteristics of the holes ( 100×)

圖6　腐蝕后孔洞尖角沿晶界擴(kuò)展( 100×)Figure 6　 The microstructure characteristics of the holes ( 100×)

圖7　掃描電鏡下孔洞的微觀形貌Figure 7　 The microstructure of holes observed under scanning electron microscopy

圖8　洞壁上的金屬螺旋曲線Figure 8　 Metal spiral curve on the wall of hole

圖9　孔洞底部的非金屬夾雜物Figure 9　 The non-metallic inclusions at the bottom of the hole

1　試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1．1低倍檢驗(yàn)

經(jīng)酸洗檢查，在橫向低倍試片上發(fā)現(xiàn)數(shù)量不等、大小不一的暗色斑點(diǎn)或針狀孔隙(見(jiàn)圖2)，縱向低倍試片有不同程度的偏析條帶(見(jiàn)圖3)。

1．2高倍檢驗(yàn)

拋光后，在橫向金相試樣表面，多角形孔洞和圓形針孔清晰可見(jiàn)，微觀特征極為明顯(見(jiàn)圖4、圖5)。腐蝕后，孔洞多分布于三角晶界處，沿晶界延伸方向擴(kuò)展(見(jiàn)圖6)。

1．3掃描電鏡斷口檢驗(yàn)

經(jīng)電鏡觀察，缺陷內(nèi)壁光滑尖角凸出(見(jiàn)圖7)。斷口有自由表面特征，洞壁上的螺旋線(俗稱等高線，或者說(shuō)是周邊液態(tài)金屬凝固后，洞壁金屬最后凝固時(shí)留下的液態(tài)金屬流動(dòng)痕跡)清晰可見(jiàn)(見(jiàn)圖8)。缺陷底部有大量的非金屬夾雜物(見(jiàn)圖9)。

2　分析與討論

2．1檢測(cè)結(jié)論

根據(jù)以上檢測(cè)分析認(rèn)為，30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子的缺陷性質(zhì)為疏松。疏松是鋼錠最后凝固部分的殘留液體金屬，由于溫度梯度小同時(shí)凝固，晶粒之間和枝晶之間形成細(xì)小通道，使外部液體金屬很難通過(guò)，無(wú)法給予補(bǔ)縮的結(jié)果。在鍛造時(shí)，如果鍛比不足，鍛壓變形方案不佳，或相對(duì)送進(jìn)量過(guò)小(＜0．5)、過(guò)大(＞1)，無(wú)法形成高塑性和三向壓應(yīng)力兩個(gè)基本條件時(shí)，鋼錠中的疏松因未能鍛合而保留在鍛件內(nèi)部，即形成未鍛合疏松缺陷。

2．2疏松產(chǎn)生的原因

( 1)鋼錠質(zhì)量。大型轉(zhuǎn)子鍛件直接用鋼錠作坯料，因此鋼錠質(zhì)量的好壞直接決定鍛件質(zhì)量。在確定鋼錠錠型及鋼液的澆注溫度后，在整個(gè)澆注過(guò)程，錠身的注速要快，冒口的注速要慢，以達(dá)到充分補(bǔ)縮的作用。要最大程度的降低鋼錠本身的疏松缺陷，得到表面良好、內(nèi)部純凈、均質(zhì)而致密的鋼錠，確保在鍛造時(shí)不會(huì)因鋼錠本身質(zhì)量問(wèn)題影響產(chǎn)品合格率。

( 2)鍛比不當(dāng)。對(duì)于轉(zhuǎn)子類鍛件而言，鐓粗只會(huì)使拔長(zhǎng)鍛比增加。當(dāng)鋼錠拔長(zhǎng)鍛比已經(jīng)大于5時(shí)，想通過(guò)鐓粗來(lái)提高橫向力學(xué)性能是徒勞的。其結(jié)果是鍛造纖維組織更加明顯，造成橫向力學(xué)性能急劇下降，導(dǎo)致鍛件各向異性。通常鐓粗鍛比和拔長(zhǎng)鍛比大致相等時(shí)，不會(huì)形成明顯的纖維流向，綜合力學(xué)性能較好。

( 3)鍛壓變形方案。實(shí)際操作時(shí)，為獲得與下道拔長(zhǎng)工序相配合的較好效果，使全部空洞都能得到鍛合，采用平砧鐓粗為好。但為避免在拔長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生折卷，鐓粗板應(yīng)帶有少許弧度。鐓粗前的高徑比為1．5～2．0較為合適。采用平砧拔長(zhǎng)時(shí)，若砧寬比為0．6，則壓下變形量應(yīng)達(dá)到20%才能閉合孔洞。而使用V形砧拔長(zhǎng)時(shí)，若砧寬比為0．6，則拔長(zhǎng)的臨界壓下量為14．6%就可以完全鍛合D0/5處的孔洞性缺陷。采用V形砧拔長(zhǎng)時(shí)，位于水平軸線上的孔洞易閉合，平行于壓下方向軸線上的孔洞最難閉合，因此拔長(zhǎng)時(shí)坯料應(yīng)翻轉(zhuǎn)90°。

3　預(yù)防措施和方法

( 1)正確合理的冶煉工藝和整個(gè)冶煉操作過(guò)程的完美結(jié)合，可以確保鋼錠純凈、致密，以便在鍛造過(guò)程中不會(huì)因?yàn)殇撳V本身質(zhì)量問(wèn)題而產(chǎn)生難以鍛合的孔洞性缺陷。

( 2)鍛比大小是確保鍛造效果和獲得高質(zhì)量鍛件的重要因素之一。因此合理選擇鍛造比，可以使鋼錠內(nèi)部缺陷被壓合，樹(shù)枝晶被打碎，晶粒顯著細(xì)化，力學(xué)性能得到提高。

( 3)大型轉(zhuǎn)子鍛造需要利用現(xiàn)有設(shè)備的有限壓力來(lái)壓實(shí)、焊合疏松和孔洞等缺陷。通過(guò)選擇合理的砧形、砧寬、壓下量、變形速度、砧寬與坯料的高度比、錯(cuò)砧方式、鋼錠形狀以及鍛造溫度、傳熱條件、變形速率等鍛造參數(shù)來(lái)保證鍛件質(zhì)量、提高工效。

綜上所述，該轉(zhuǎn)子缺陷性質(zhì)為疏松未鍛合所致。我們可以從冶煉和鍛造兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行改善:一方面，合理選擇錠型、適當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)和澆注工藝，使其順序凝固、充分補(bǔ)縮，最大程度的降低鑄錠內(nèi)部孔隙性缺陷，為鍛造提供純凈、均勻、致密的鋼錠;另一方面，鍛壓變形方案適當(dāng)，合理確定鐓粗、拔長(zhǎng)的各項(xiàng)參數(shù)以及鍛造比，充分壓合內(nèi)部孔洞性缺陷，打碎鑄態(tài)粗大晶粒，同時(shí)保證鍛造流線適宜，不會(huì)造成各向異性。

參考文獻(xiàn)

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［2］張緒江等．大型鑄鍛件缺陷分析圖譜［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990:273．

［3］陸文華等．鑄造合金及其熔煉［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社:2008:230．

編輯傅冬梅

Analysis on Defect of 30Cr1Mo1V High-medium Pressure Rotor

Liu He，Zhou Wei，Qiao Jian，Yang Jie

Abstract:The metallographic macroscopic and microscopic test，SEM fracture analysis and component analysis is carried out to confirm that the defect of 30Cr1Mo1V high-medium pressure rotor is porosity，and puts forward some preventive measures．The porosity can be prevented and the quality of product can be improved by strictly controlling the smelting and casting process，selecting the appropriate forging ratio，and applying reasonable forging deformation process．

Key words:porosity; fracture analysis; forging ratio; forging deformation

收稿日期:2014—09—03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號(hào):TG316．1+92