钢中缺陷及对机械制件的影响

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1、牛俊民论文集共5页第1页钢中缺陷及对机械制件的影响牛俊民EffectofdefectinsteelonmachinepartsNiuJunmin’（xianMetallurgicalMachineryWorks）机械零件的使用寿命与钢中缺陷有着密切的联系，且设备事故多数与钢中存在着不允许的缺陷有关。1．缩孔与缩孔残余铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩的结果，往往使铸件在最后凝固的地方出现孔洞（容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松）。铸件中也常常遇到蜂窝状缺陷，它的形状象蜂窝，主要出现在铸件的热节处或冒口下方，它由缩孔、气孔及夹渣组成。

2、重要的钢材或大型锻件大都使用镇静钢，浇注镇静钢的铸型除一部分采用敞口小钢锭外，绝大部分采用带保温帽的上大下小的，通常为四方形和多边形的铸型。镇静钢的上部都有一个大的盆腔式的缩孔，如果在锻造时冒口处的缩孔切除不足，便在锻件中形成缩孔残余缺陷。当锭型设计不合理，冒口材料保温效果不良，发热剂配制不好以及出现浇注事故等原因，缩孔有时深入锭身或产生二次缩孔，切除不足也会在钢坯或锻件上产生缩孔残余。在锻件切头时缩孔残余一般都能发现，它多呈扁状的空洞或呈鸡爪状裂纹。在横向酸浸的低倍试片上，缩孔残余的主要特征是呈现鸡爪形中心裂纹，且伴随有大量的夹渣、夹杂物以及较严重的缩松（见图1）。

3、缩孔及缩松是锻材中的不允许缺陷，它破坏了钢的连续性，易造成应力集中，有时使锻件在淬火时产生开裂或形成更大的内部裂纹。缩孔与缩孔残余的出现有一定的规律，即多数出现在冒口端，并且一直延伸至端头，所以在零件加工过程中容易被发现，即使存在于工件内部，经过探伤也不难检查出来。2．白点白点为金属内部缺陷，其形状为不同长度和不同方向的裂纹群。在淬火打断后的平行于白点方向的断口上，白点是在纤维断口的基体上呈圆形或椭圆形银白色斑点（图2）。图2白点的断口形态图142CrMo轴上的缩孔残余白点在酸浸后的横向低倍试片上表现为锯齿状裂纹，即发丝状裂缝，又称“发裂”。白点可以锻合是它与夹杂物、

4、夹渣缺陷的主要区别之一。由于白点是钢材内部的局部[1]小面积开裂，其表面未被氧化和沾染，所以只要重新锻造时轧制方向合适或锻造比足够大，钢中缺陷及对机械制件的影响共6页第2页白点可以锻合，并且其机械性能完全合格。为使白点锻合所需要的锻比随材料及白点级别而变化，一般锻比需在2～7之间。白点的产生与钢中的氢含量及应力有关，钢中氢含量越高，越容易产生白点。钢中的氢使钢变脆，应力的存在使钢破裂。白点对钢的机械性能的影响与取样位置及方向有关。我们曾在有白点的40Cr边辊上截取试样做机械性能试验，虽然制取试样上没有白点，但除强度值合乎标准之外，韧性指标和塑性指标大幅度下降，冲击值由

5、规定的≥3降为0.9～1.5；延伸率值由规定的≥13降低为2.7～3.5；断面收缩率下降最多，由规定值≥40下降到1.9～2.2。白点对纯弯曲疲劳寿命影响极大，它使试棒在低应力低周次断裂。我们曾对有白点的#38CrMnMoSi和对有白点与无白点的40车轴钢，做纯弯曲疲劳寿命的对比试验，试验结果分别列于表1和表2。表138CrMnMoSi钢白点对纯弯曲疲劳寿命的影响试样号施加应力（MPa）循环次数断口情况22～31925914×10断于白点22～21925298×10断于白点22～42402437×10断于白点22～12402727×10断于白点表240车轴钢有白点与无

6、白点试样的疲劳寿命施加应力（MPa）缺陷情况试样号循环次数断裂情况2有白点1～44252×10断于白点21921～25028×10断于白点7无缺陷3～5＞10试样未断73～9＞10试样未断2有白点1～71979×10断于白点22161～81177×10断于白点7无缺陷3～12＞10试样未断23～1318264×10断在R上2有白点1～9902×10断于白点22401～101391×10断于白点2无缺陷3～69850×1023～86037×10有白点的钢不仅降低钢的机械性能，而且在热处理（特别是淬火）时，易产生裂纹及开裂，图3是38SiMnMo钢大齿轮在淬火时开裂的情况

7、。3．夹杂物与夹渣钢中的夹杂物通常为非金属夹杂物和异性金属夹渣，其中常见的是非金属夹杂物。钢中的夹杂物中断了钢的连续性，它们在钢中的形态、含量和分布情况都不同程度地影响着钢的各种性能。夹杂物的来源大体可以分为两大类。一类为内在夹杂物，例如用硅或铝脱氧后，在金属内形图338SiMnMo大齿轮开裂实照成了氧化硅或氧化铝夹杂物；又如钢料中的非金牛俊民论文集共5页第3页属杂质在高温熔化于液态金属内，随着温度下降，脱溶析出，形成夹杂物；另一类称作外来夹杂物，这是由于冶炼或浇注过程中从设备或容器上剥落下来掺于液态金属内的杂质，例如耐火材料等，它们的特点是无一定形