技術文章

閥體鍛件表面缺陷分析

  本文主要介紹材料為4Cr10Si2Mo鋼的柴油機閥體鍛件。4Cr10Si2Mo屬于鉻硅鉬馬氏體閥門鋼，有較高的熱強性，合金元素含量高，導熱性較差，鍛造溫度范圍比一般材料窄，常被用于制作內燃機進氣閥、輕負荷發動機的排氣閥等。本文就鍛件表面的微小線性缺陷進行分析研究。

  本次研究的材料規格為φ60mm×66mm，鍛造溫度為900～1100℃，鍛后冷卻方式為灰冷。缺陷位于閥體鍛件的桿部，為線性缺陷且與原材料纖維流線一致，本次選取的缺陷部位化學成分符合GB/T1221要求，但沿條狀缺陷橫向切開，發現缺陷內有氧化，末端圓鈍，繼續觀察發現兩側存在脫碳及整條缺陷兩側均存在脫碳。

  經分析，認為鍛造溫度900～1100℃、鍛后冷卻方式為灰冷的工藝合理。終鍛溫度和始鍛溫度都符合工藝要求，不存在因鍛造過程溫度低于終鍛溫度產生表面裂紋的問題。而鍛后灰冷方式合理，也不會產生表面裂紋。

  通過該鍛件解剖件的高倍檢驗，發現缺陷部位金屬晶粒細小、均勻，無過熱過燒痕跡。經缺陷部位的高低倍觀察，發現缺陷末端圓鈍，有匯流跡象，且缺陷內可見氧化，兩邊邊緣部位有明顯的氧化脫碳層，判定該缺陷為折疊。通常情況下，折疊是鍛造過程中金屬流動不合理造成，或者由兩股或多股金屬對流匯合形成的；或由一股金屬急速大量流動將鄰近部位的表層金屬帶著流動，兩者匯合而形成；或由于變形金屬發生彎曲、回流而形成；或部分金屬發生局部變形，被壓入另一部分金屬內而形成。

  通過分析該鍛件發現，坯料的金屬分布不合理，在鍛造過程中局部缺料，而其他部位多余料回流而形成了折疊。該鍛件采用φ60mm的棒料成形，在終鍛型腔中錘擊成型時，由于坯料截面積大，初始鍛造時無法與模具貼合，快速打擊過程中金屬流動不合理，從而造成兩股或多股金屬對流匯合，從而形成折疊。 

  對模具設計過程重新計算、分析，認為模具制坯型槽二次壓彎角度較小，通過重新計算，增大了二次壓彎角度，重新選擇材料規格，最終選用尺寸為φ50mm的棒材。經過試生產，無表面缺陷，經磁粉探傷均合格。