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大锻件热处理影响因素浅析
张功友
摘要：浅析大锻件热处理应考虑的因素。关键词：大锻件热处理，影响因素。
一、前言
尽管大锻件与中小型零件的热处理基本原理并无实质上的差异，但由于大锻件尺寸大、重量大，使热处理工艺的制订与实施变得复杂了。
二、大锻件热处理考虑的因素
1，冶炼浇注
冶炼出优质钢液是保证大锻件质量的首要环节。所谓优质钢液，除了化学成分符合要求外，主要是钢液的纯净度要高，即尽可能降低硫、磷等有害元素的含量，尽量减少非金属夹杂物以及气体特别是氢的含量。在实际生产中，应根据大锻件的股役条件、性能要求等情况，选用先进的真空冶炼、真空脱气、钢包精炼、自耗电极重熔、真空浇注、电渣重熔法炼钢等（具体的冶炼工艺不予赘述），但不论采用何种冶炼方法，都必须尽可能提高钢液的纯净度，特别是减少对锻件质量影响显著的非金属夹杂物和气体的含量。对重要的大锻件还要求在降低氧含量的基础上，降低Si和Mn的含量。
残存于钢锭和锻件中的氧和氮在钢中主要以氧化物和氮化物，即非金属夹杂物的形式存在，氢是钢中危害最大的气体，残留于锻件中的氢是形成白点的主要原因，而且还使钢产生氢脆。
夹杂物在热处理过程中不能被消除，在锻件加热和冷却时，由于夹杂物和基体金属的热膨胀特性不同，二者之间会产生很大的热应力，有人计算可达754～1215MPa。这种热应力的大小还与夹杂物的种类、大小和形状有关，其中氧化铝夹杂物产生的热应力最大。显然，这种热应力将会对大锻件的热处理工艺性能以及产品的使用性能产生负面影响，甚至使锻件淬火开裂。对于大锻件，由于氢向夹杂物的空隙处扩散以及热应力的作用，还可能导致白点的产生。2，钢锭
由于大锻件是由大型的钢锭锻制而成，钢锭越大，其气体、杂质的含量越高，偏析、疏松、缩孔、非金属夹杂物等组织和成分的不均匀性也越严重，并且由于钢锭大，锻造时往往不能锻透，这些冶金缺陷将不同程度地残留在锻件中，从而使大锻件热处理工艺的制订和工艺过程的实施均变得复杂化。3，锻造
铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。同时锻造过程中产生很大的锻造应力，必须在锻后通过热处理消除。3，内应力
大锻件在热处理加热和冷却过程中，由于界面尺寸大，导致表面与心部的温差必然很大，因而增加了锻件的热应力，而且锻件不同部位组织转变的不同时性严重，导致组织应力也增大，使大锻件在热处理过程中产生很大的内应力。这不仅影响大锻件的组织转变、严重时还会使大型锻件在热处理过程中或在热处理结束后的放置过程中发生开裂，或因内应力的存在www.daodoc.com: G" l4 i)w5 : J6 S.}5 s* V% ^而降低零件在服役时的有效承载能力。4，相变潜热
钢件在热处理过程中发生相变时会释放或吸收相变潜热。对大锻件而言，由于尺寸大，热传导速度受到限制，相变潜热对加热和冷却过程的影响比较明显。5，回火脆性
大型锻件因为截面大回火后快冷产生很大的残余应力，将影响零件的使用性能。因此，大锻件应采用较低的回火冷却速度。缓慢的冷却速度将使钢的回火脆性得不到抑制，特别是一些重要的大锻件，例如发电机和汽轮机转子等，都采用淬透性较高的合金钢制造，具有较明显的回火脆性。尽管随着炼钢技术的不断进步，以及采取添加Mo元素等措施，以减轻回火脆性，在制订大锻件的热处理工艺及工艺的实施中，这一问题还是值得重视的。6，细化晶粒问题
在实际生产中，大锻件的锻造比一般都比较小，且变形不均匀，加热时间冗长，这些因素导致大锻件的奥氏体晶粒比较粗大。为些，大锻件在热处理时，应注意晶粒细化问题，以使其力学性能达到要求。7，尺寸对组织和性能的影响
大锻件由于尺寸大、体积大、通常情况下，淬火后表层也难以获得马氏体或下贝氏体组织，虽然可以选用含铬、镍、钼、钒等合金元素的高淬透性钢，但按常规工艺淬火仍难以获得理想的组织结构，从而影响工件的最终力学性能。所以，对大锻件进行热处理时必须考虑这种尺寸因素的影响。
三，结束语
通过分析，大锻件热处理很复杂，在制定热处理工艺时必须充分考虑到各个因素的影响。作为工艺技术员应该尽可能多地学习冶金技术和锻造技术知识，以及应力场分析方面的理论，对于做好大锻件热处理工艺至关重要。
参考文献：
[1] 锻压手册：锻造 机械工业出版社，2008年1月1日 [2] 铸造手册：铸造工艺 机械工业出版社，2011年9月1日
[3] 热处理手册第4版第1卷 中国机械工程学会热处理学会，2008年1月 [4] 热处理手册第4版第2卷 中国机械工程学会热处理学会，2008年1月 [5] 热处理手册第4版第4卷 中国机械工程学会热处理学会，2008年1月 [6] 金属学与热处理 机械工业出版社，2007年8月
作者简介：张功友（1981-），男，马钢重型机械设备制造公司锻热分厂，初级工程师。
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