鋼材的內(nèi)部缺陷對熱處理工藝和性能的影響分析

譚巧麗

摘? 要：鋼材作為日常生活中不可缺少的材料，對零部件生產(chǎn)起到至關重要的作用。由于各個鋼材制造企業(yè)對自身加工標準不盡相同，致使最終的鋼材質(zhì)量難以統(tǒng)一。為了解決這一問題，需要公司不斷完善生產(chǎn)體系，還應當規(guī)范鋼材的二次處理過程，防止出現(xiàn)難以解決的問題。同時還應當更好的優(yōu)化鋼材性能，針對鋼材中可能出現(xiàn)的不足進行重點分析，并探究其在熱處理環(huán)節(jié)可能造成的影響，提出相應的解決方案。

關鍵詞：鋼材;缺陷;預防措施

鋼材是機械制造領域中最為基礎的材料之一。但是在冶煉、鍛造、加工等環(huán)節(jié)中，均有可能對其造成一定破壞。本文主要針對鋼材自身問題進行深入論述，分析在熱處理環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的影響并給出相應的解決意見。

1材料的鍛造比不足

金屬材料在實際的鍛造過程中是通過鍛造比來描述形變情況，由于鍛造完成后會在三個方向上均出現(xiàn)改變，因此通常選用變化最大的方向進行衡量。不管是開坯還是鍛造處理，因為結晶的存在，均會造成材料缺陷。期望有效解決這些問題，就應當把控好鍛造比，徹底去除柱狀結晶等，保證鋼材性能符合預期要求。

從具體的鍛造環(huán)節(jié)來說，鍛造比如果處于合理范圍內(nèi)，其同金屬性能就存在正相關關系。不僅如此，確保充足的形變程度以及有效的形變模式才可以消除材料脆性并防止出現(xiàn)偏析問題。

2非金屬夾雜物超標

通常存在的非金屬雜質(zhì)主要有以下兩種：其一是在冶煉環(huán)節(jié)中，由于鋼材中的氣體、脫氧試劑以及相關合金元素進行了復雜的化學變化后，產(chǎn)生氧化物等雜質(zhì);其二是使用的耐火材料因為腐蝕原因會掉落到鋼液之中形成雜質(zhì)。熱處理環(huán)節(jié)需要把控好非金屬雜質(zhì)的特性?；诰唧w情況來說，一般可以劃分成脆性雜質(zhì)和塑性雜質(zhì)兩大類。

鋼材中存在的雜質(zhì)會破壞本身的連續(xù)性，一旦脫落會形成凹痕或裂痕，同時雜質(zhì)較大還有可能影響材料性能;經(jīng)由鍛造和軋制等環(huán)節(jié)后，雜質(zhì)還會被處理成流線型結構，致使金屬材料出現(xiàn)難以消除的各向異性，提升裂痕出現(xiàn)的可能性;對于精密度要求較高的量具，材料中如果含有雜質(zhì)會嚴重影響壽命周期。如果雜質(zhì)含量較多，還會在熱處理階段發(fā)生開裂等問題。針對這一問題應當結合技術標準有效控制鋼材中的雜質(zhì)含量。

鋼材中含有的雜質(zhì)是無法完全清除的，材料的純凈指標只能通過冶煉等環(huán)節(jié)進行提升，減少雜質(zhì)比重，提升材料性能。

3內(nèi)裂

內(nèi)裂問題通常指的是材料中出現(xiàn)白點以及軸心晶開裂等，這些問題的存在會影響后續(xù)的材料處理，導致可靠性降低。

3.1白點

白點是鋼材中不能存在的問題，通常會在鍛造冷卻后出現(xiàn)。測定白點問題的最佳方式是控制在淬火狀態(tài)中，避免折斷時出現(xiàn)失真。對于白點的形成，各個學派觀點差異較大。有些學派認為，出現(xiàn)白點的核心是氫元素和較大的內(nèi)應力。也就是鋼材中殘留的氫元素集聚后形成分子形態(tài)，不斷膨脹后造成內(nèi)應力上升，導致后續(xù)的熱處理和冷卻環(huán)節(jié)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

鋼材中的白點會嚴重影響最終的性能指標，致使材料無法應用，且白點會加大加工處理過程中的開裂概率，提高廢品率。

3.2縮孔殘余

該問題是因為鋼材冒口位置未能有效清除縮孔，導致開坯和軋制階段出現(xiàn)殘留。在縮孔范圍內(nèi)會聚集大量雜質(zhì)，影響正常的鍛造和熱處理操作。

3.3軸心晶間裂紋

軸心晶的裂痕主要出現(xiàn)在鋼材凝固階段。因為低碳鋼在凝固時相區(qū)間距不足且鋼液未能及時補充，就會形成裂痕。此外，如果鋼材結構和鑄造方式出現(xiàn)偏差，會加大應力，加劇開裂程度。對于軸心晶裂痕，如果無法通過鍛造有效處理，就會影響材料的連續(xù)性，即使強度指標偏差較小，但性能卻明顯降低，所以該問題必須要徹底消除。

4縮孔、疏松、偏析、帶狀組織

4.1縮孔與疏松

材料在冷凝過程中，體積會出現(xiàn)一定的收縮，如果未能做好補充就會出現(xiàn)空洞等問題。通常將較為密集的空洞稱為縮孔，而相對分散則被稱為疏松。因為熱脹冷縮的原理，縮孔無法避免，但應當對其有效處理，保證材料性能。

4.2偏析

偏析是指金屬材料內(nèi)部不同位置的化學元素分布不均，本質(zhì)上是因為結晶和部分元素擴散未達到要求。偏析在生產(chǎn)過程中無法完全消除，應當通過優(yōu)化處理予以控制。

（1）樹枝狀偏析

樹枝結構的偏析是由于材料冷卻速度較快，難以達到平衡狀態(tài)，導致固液相體中擴散程度不夠，出現(xiàn)較為明顯的差異。正是由于該差異導致固相為樹枝結構。通常在生產(chǎn)中可以利用高溫均勻處理進行優(yōu)化，以保證鋼材性能滿足預期目標。

（2）點狀偏析

主要指的是橫向酸浸試樣中存在較為明顯的暗色斑塊，同時縱向試樣中存在暗色條帶。對該類型偏析進行分析，不難看出結構為由內(nèi)往上傾斜，表征這一問題是由于鋼材向外排出氣體時產(chǎn)生氣孔混入雜質(zhì)。出現(xiàn)這一問題會導致鋼材性能大幅度下降，難以發(fā)揮正常效用。

（3）方形偏析

該類型偏析主要是在橫向酸浸試樣中出現(xiàn)較為集中的暗色方形點。對比來看，偏析帶位置的雜質(zhì)比重相對較高，大多出現(xiàn)在鋼材的上半部分。對于這一問題的形成，學者們普遍認定是鋼材中的物化性質(zhì)出現(xiàn)不平衡，導致內(nèi)部的雜質(zhì)比重超出合理范圍。方形偏析問題具有標準區(qū)間，可以通過優(yōu)化鋼液的純凈程度進行把控。

4.3帶狀組織

經(jīng)由熱壓處理的鋼材，會在軋制位置呈現(xiàn)出帶狀組織，其本質(zhì)是合金材料中的不同相體，會直接影響到切削性能。

出現(xiàn)帶狀組織的具體原因是熱壓處理將偏析結構和雜質(zhì)進行拉長，致使材料表現(xiàn)出各向異性，嚴重影響鋼材性能。如果是由偏析問題導致的帶狀組織一般利用正火處理進行優(yōu)化，而由高碳合金材料引起的偏析則無法根本去除，只能通過退火改善。

5粗大組織

粗大組織的形成多是因為加熱過程中參數(shù)選擇出現(xiàn)偏差，造成晶粒粗大化，影響鋼材的強度性能和韌性指標。過熱問題是由于熱壓處理時的溫度超過標準范圍或處于高溫時間過久導致的。此外，形變過程中出現(xiàn)的摩擦加劇也會引起溫度上升，致使晶粒粗大化，難以滿足力學性能要求。

6結束語

整體來看，鋼材出現(xiàn)的裂痕、形變等問題大多是由內(nèi)部問題導致的，直接影響到零件的力學參數(shù)和使用性能，提高廢品率。由此來說，要深入挖掘出現(xiàn)問題的根本因素，選用適當?shù)念A防體系，降低問題發(fā)生率，并做好補救工作，避免出現(xiàn)不必要的經(jīng)濟虧損。

參考文獻

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