鍛造起重機車輪鍛件時鋼的過燒與過熱

在鍛造起重機車輪鍛件的過程中，鋼的過燒與過熱是兩種常見的熱處理缺陷，它們均與高溫加熱不當有關，但機理、表現及后果存在顯著差異。以下是詳細分析：

1. 過燒（Burning）

定義與機理

• 過燒是指鋼在高溫加熱時（接近或超過固相線溫度），晶界處發生氧化或局部熔化，導致晶界結合力喪失的現象。

• 通常在極高溫度（如高于鋼的熔點50-100℃）或長時間暴露于高溫氧化性氣氛中發生，晶界處低熔點雜質（如硫、磷）優先氧化或熔化。

表現特征

• 宏觀：鍛件表面出現龜裂、起泡或嚴重氧化皮剝落。

• 行車輪

• 微觀：金相觀察可見晶界氧化（呈現黑色網狀結構）或晶界熔化（形成空洞或液相痕跡）。

• 力學性能：材料極脆，無法通過后續熱處理修復。

后果

• 不可逆缺陷：過燒件必須報廢，無法通過熱處理或加工挽救。

• 安全隱患：若未被檢測出，可能導致起重機車輪在服役中突然斷裂。

2. 過熱（Overheating）

定義與機理

• 過熱指鋼在鍛造或熱處理中加熱溫度過高（但低于固相線），導致奧氏體晶粒異常粗大，形成粗晶組織。

• 常見于加熱溫度過高或保溫時間過長，尤其在含錳、鉬等促進晶粒長大的合金鋼中易發。

表現特征

• 宏觀：鍛件表面可能無明顯異常，但斷口呈粗晶狀（如“冰糖塊”斷口）。

• 微觀：金相顯示奧氏體晶粒顯著粗化（通常超過ASTM 3級），可能伴隨魏氏組織。

• 力學性能：韌性、疲勞強度下降，但強度可能變化不大。

后果

• 可修復性：通過正火或多次正火+回火細化晶粒，恢復性能。

• 潛在風險：若未及時處理，可能演變為過燒或在后續加工中引發裂紋。

3. 過燒與過熱的關鍵區別

4. 影響因素與預防措施

過燒的誘因與預防

• 誘因：

• 爐溫失控（如熱電偶故障）、燃料過剩導致局部高溫。

• 高碳鋼、高合金鋼（如GCr15）因熔點較低更易過燒。

• 氧化性爐氣（如O?、CO?含量高）加速晶界氧化。

• 預防：

• 嚴格控溫：加熱溫度低于固相線（如亞共析鋼≤1300℃）。

• 縮短高溫停留時間，采用中性/還原性氣氛加熱爐。

• 定期校準測溫設備，避免局部超溫。

過熱的誘因與預防

• 誘因：

• 加熱制度不合理（如升溫速率過快導致均熱不足）。

• 鍛壓設備故障導致鍛造溫度區間偏高。

• 預防：

• 優化加熱曲線：分階段升溫，控制終鍛溫度（如中碳鋼終鍛≥800℃）。

• 鍛造后及時正火（如對40Cr鋼采用920℃正火細化晶粒）。

• 采用細晶鋼（如添加Nb、V等晶粒細化元素）。

5. 實際應用建議

• 工藝監控：

• 使用紅外測溫儀實時監測鍛件溫度，確保在安全區間（如起重機車輪用鋼60Si2MnA加熱上限1200℃）。

• 對關鍵部件進行批次金相抽檢，重點關注晶粒度評級（要求≤5級）。

• 材料選擇：

• 優先選用純凈度高、雜質（S、P）含量低的鋼種（如電渣重熔鋼）。

• 操作規范：

• 避免鍛件在高溫區長時間停留，鍛造中斷時需回爐保溫而非直接空冷。

總結

過燒與過熱均源于加熱不當，但過燒是晶界的災難性破壞，而過熱僅是晶粒粗化。通過精準控溫、優化加熱制度及嚴格質檢，可有效避免這兩類缺陷，確保起重機行車輪鍛件的可靠性與安全性。在實際生產中，建議結合材料特性與設備條件制定個性化工藝方案，并加強過程監控。