vědomosti

Příčiny a opatření k nápravě povrchových trhlin ve výkovcích

 

Po kalení a popouštění má ocel 40Cr vynikající komplexní mechanické vlastnosti, je cenově dostupná a snadno se zpracovává. V současné době je jednou z nejpoužívanějších jakostí ocelí ve strojírenském průmyslu. Čína Společnost Vigor se aktivně a hluboce zapojuje do hlubokého zpracování svých zákazníků, aby pochopila postupy jejich výrobních procesů. Analýzou abnormálních vzorků identifikuje základní příčiny povrchových trhlin ve výkovcích z oceli 40Cr a navrhuje řešení. Na jedné straně vede zákazníky ke zlepšování jejich výrobních procesů a udržuje s nimi dobré vztahy. Na druhé straně také rozumí koncovému využití produktů a včas upravuje výrobní procesy sochorů (nebo válcovaných materiálů) z oceli 40Cr pro kontinuální lití tak, aby vyráběly produkty, které splňují požadavky trhu.

 

1 Technické specifikace

Základní technické specifikace pro dodávku jsou následující: Hlavní specifikace sochorů pro plynulé lití zahrnují čtvercové sochory o průměru 300 mm. × 300 mm, 350 mm × 450 mm a 370 mm × 480 mm a kulaté ingoty o průměrech 300 mm, 400 mm, 450 mm, 500 mm a 600 mm. Specifikace kulaté oceli válcované za tepla jsou φ105 až 270 mm. Na příkladu tyčí válcovaných za tepla 40Cr je hlavní výrobní proces následující: konvertor (elektrická pec) - rafinace - VD - kontinuální lití - dodávka za tepla - válcování za tepla - válcování za tepla - pomalé chlazení.

 

Základní podmínky pro dodávku 40Cr ingotů pro kontinuální lití jsou následující: Struktura s nízkým zvětšením musí být vyhodnocena v souladu s YB/T 153.-1999. Stupně centrální pórovitosti, smršťovací dutiny, centrální trhliny, podkožní trhliny a podkožní bubliny na zkušebním tělese leptaném kyselinou s nízkým zvětšením v průřezu odlitkového bloku nesmí překročit stupeň 2.0. Povrch odlitkového bloku nesmí mít viditelné smršťovací dutiny, podkožní bubliny, tupé spoje, odlupování kůže, strupy, vměstky atd. Nesmí se vyskytnout žádné trhliny s hloubkou větší než 1 mm a žádné škrábance, prohlubně, póry, vrásky, studené postřiky, výčnělky, prohlubně, stopy po příčných vibracích atd. s hloubkou nebo výškou větší než 2 mm. Pokud má povrch ocelového bloku některou z výše uvedených vad, které nejsou povoleny nebo překračují povolené předpisy, musí být odstraněny. Šířka odstranění nesmí být menší než 6násobek hloubky a délka nesmí být menší než 10násobek hloubky. Po odstranění nesmí hloubka vady překročit 10 mm. Oblast vady po opravě musí být hladká a bez ostrých rohů. Teprve po splnění požadavků lze sochory prodávat externě nebo válcovat, aby se snížilo množství vyřazovaných tyčí z důvodu vad sochorů, jako je zlomení a velké praskliny.

 

Základní podmínky pro dodávku za tepla válcované kulaté oceli 40Cr jsou následující: Struktura s nízkým zvětšením leptaná kyselinou musí být vyhodnocena v souladu s normou GB/T1979, s centrální pórovitostí, celkovou pórovitostí a segregací ingotů nepřesahující 2.0 a s obecnou bodovou segregací, segregací na okrajových bodech a podkožními bublinami, které nejsou povoleny. Velikost zrna austenitu oceli musí být stanovena v souladu s normou GB/T6394, přičemž stupeň musí být nejméně 5.0 a rozdíl v rovnoměrnosti velikosti zrn nesmí překročit 3 stupně. Ocel musí být kontrolována na nekovové vměstky v souladu s normou GB/T10561 a vyhodnocena metodou A. Kvalifikované stupně vměstků musí být následující: Systém hrubý/jemný ≤ 2.0 /≤ 3.0; systém hrubého/jemného mletí B, C, D ≤ 1.5 /≤ 2.5. 2

 

2. Ukázkovés

Crack Case z kované oceli 40Cr I

◆ Základní situace: Jistá strojírenská společnost zakoupila ocel 40Cr se specifikací φ115 mm, kterou uživatel použil k výrobě trubky nápravy náboje kola automobilu, jak je znázorněno na obrázku 1. Uživatel zjistil povrchové trhliny ve spodní části trubky nápravy, kde byla po kování (zápustkovém kování) (před provedením procesu tepelného zpracování) hluboce deformována, což vedlo k tomu, že asi 30 % obrobků bylo zmetkověno.

 

Morfologie vměstků v tyčích válcovaných za tepla je znázorněna na obrázku 2.

 

Mikrostruktura od okraje ke středu je znázorněna na obrázku 3. Síť je feritová a vnitřek je lamelární perlit. Velikost feritové sítě se mění od okraje ke středu a průměrná velikost zrna vykazuje postupně rostoucí trend od okraje ke středu.

 

Na okraji jsou zřetelné praskliny a v jejich blízkosti se v důsledku oxidace vytvořila vrstva oduhličení. Bílá část na okraji je ferit, černá část jsou díry a šedá část jsou produkty oxidace, jak je znázorněno na obrázku 4.

Případ trhlin v kované oceli 40Cr II

◆ Základní situace: Kovárna v Jiangsu zakoupila sochory pro kontinuální lití z oceli 40Cr o rozměrech 300 mm. × 300 mm. Složení, strukturální vady s nízkým zvětšením a jakostní třídy splňovaly požadavky interní kontroly podniku. Uživatel koval ozubená kola z kontinuálně litých soustruhů. Základní postupy zpracování ozubených kol uživatele byly: střihání - ohřev - kování do kulatých tyčí - řezání - kalení a popouštění - hrubování a dokončování soustružením. Společnost zpracovala celkem 21 ozubených kol, z nichž 11 mělo po hrubování soustružením trhliny a trhliny se nacházely v podstatě na stejném místě, jak je znázorněno na obrázku 5.

Metalografická analýza v blízkosti trhliny: Morfologie trhliny a rozložení vměstků jsou znázorněny na obrázku 6. Na obou stranách trhliny není patrné žádné oduhličení. Mikrostruktura se skládá z lamelárního perlitu a retikulárního feritu. Dále byl stanoven stupeň vměstků. Mezi nimi jsou hrubé/jemné stupně typů A, B a D 0.5/0, hrubé/jemné stupně typu C 1.0/0 a vměstky DS 1.5, což nepřekračuje interní standardy podniku.

3. Analýza a diskuse

V případě I se na základě výsledků testů trhliny vyskytovaly převážně na povrchových a podpovrchových vrstvách. Bílý ferit v blízkosti trhlin vznikl v důsledku oduhličení a oxidační produkty byly šedé. Je naléhavě nutné zjistit příčinu oduhličení na povrchu a zejména v podpovrchových vrstvách. Možnost, že velké zbytkové procesní napětí v oceli způsobilo trhliny během ohřevu, je relativně malá. φTyč o průměru 115 mm může během ohřevu snadno uvolnit zbytkové napětí. Navíc je relativně malá i možnost, že trhliny byly způsobeny nevhodnou teplotou ohřevu během kování. Ani rychlé ochlazování po kování nemůže takové trhliny vytvořit, protože je obtížné vytvořit velkou oduhličenou vrstvu v blízkosti zdroje trhliny při vysoké rychlosti ochlazování (konečná teplota kování je obvykle 850 °C).℃a dlouhodobé držení na 650℃~ 850℃ (je nutné k vytvoření oduhličité vrstvy). Dong Changxing a kol. se domnívají, že pokud se v blízkosti trhlin nachází oduhličení, naznačuje to, že původní materiál má vady a mikrostruktura v blízkosti trhlin se během ohřevu mění, což má sklon k tvorbě bílého feritu. Na základě výše uvedených výsledků analýzy bylo nakonec potvrzeno, že povrchové trhliny kovaného polotovaru byly způsobeny podpovrchovými plynovými otvory (prasklinami) v tyči, což bylo nakonec potvrzeno testem kyselého mytí. Výrobce použil vysokofrekvenční elektrický ohřev a k oduhličení došlo v blízkosti defektů během rychlého procesu ohřevu tyče. Během procesu kování byla v důsledku přítomnosti oxidů difúze atomů bráněna, což ztěžovalo svařování trhlin a ty se dále rozšiřovaly pod tahovým napětím, což nakonec vedlo k některým vadným výrobkům.

 

V případě II nebylo v blízkosti trhlin zjištěno žádné oduhličení, což naznačuje, že trhliny během ohřevu neexistovaly, a to znamená, že v původním materiálu nebyly žádné trhliny. Pro zásadní vyřešení tohoto problému bylo provedeno podrobné zkoumání základních procesů zpracování ingotů pro plynulé lití na ozubená kola. Během šetření bylo zjištěno, že návrh přídavků na obrábění během procesu soustružení ingotů na tyče byl nesprávný. Norma by měla být založena na normě GB/T 21471.-2008. Například, pokud je čistá velikost ozubeného věnce φ200 mm a tloušťka 50 mm a zpracovává se 20 kusů najednou, podle této normy by měl být výkovek před obráběním φ(215±6) mm a délka by měla být (1130±12) mm (poznámka: šířka pilovitého zubu je asi 5 mm), aby splňovaly požadavky na řezání. Zákazník však při výrobě kovaného polotovaru kontroloval přídavek na obrábění na asi 8 mm a k ohýbání pravděpodobně dojde i při použití 300 mm širokého polotovaru.×Čtvercový polotovar o průměru 300 mm je kován do kruhové tyče. Navrhovaný přídavek na obrábění proto nemůže splňovat skutečné výrobní požadavky. Během šetření se navíc zjistily problémy v organizaci výrobního procesu u zákazníka. Hrubovací soustružení by mělo být provedeno před kalením a popouštěním, spíše než dokončení hrubovacího a jemného soustružení po kalení a popouštění. Pokud se kalení a popouštění provádí před hrubovacím soustružením, i když je výkovek malý, je stále náchylný k prasklinám při kalení v důsledku povrchových vad výkovku během kalení. Výše ​​uvedené názory byly uživatelem uznány a po výše uvedených úpravách nedošlo k žádným sporům o kvalitu.

 

Závěr

1) Podpovrchové plynové otvory (trhliny) v tyčovém materiálu jsou hlavní příčinou trhlin v trubkách hřídelí nábojů kol automobilů. Volbou ochranné strusky s nižší viskozitou a jejím včasným vypalováním, udržováním rovnoměrného chlazení upínacích válců a jejich včasnou opravou lze zabránit vzniku podpovrchových vad. Tyče s podpovrchovými plynovými otvory (trhlinami) se doporučují používat pro řezné obrábění namísto tlakového obrábění.

2) Nesprávný návrh výkovkového výkresu je základní příčinou trhlin na povrchu ozubených kol z oceli 40Cr. Včasná komunikace s následnými zákazníky může zabránit zbytečným sporům o kvalitu.