大型锻件的缺陷

铁匠

1. 偏析
钢中化学成分与杂质分布的不均匀现象，称为偏析。
正偏析：高于平均成分
负偏析：低于平均成分
宏观偏析：区域偏析
微观偏析：枝晶偏析、晶间偏析
大锻件偏析与钢锭偏析密切相关，钢锭偏析程度受钢种、锭型、冶炼质量、浇注条件影响。
合金元素、杂质、气体均加剧偏析；钢锭越大、浇注温度越高、速度越快，偏析越严重。（1）区域偏析（宏观偏析）由凝固过程选择结晶、溶解度变化、比重差异引起。
对策：降低钢中 S、P 及气体含量：炉外精炼、VCD、锭底吹氩。多炉合浇、冒口补浇、振动浇注、发热绝热冒口，增强补缩。严控注温注速，采用短粗锭型，改善结晶条件。
（2）枝晶偏析（微观偏析）树枝晶与晶间微区成分不均，可导致性能不均。
     可用 SEM/WDS/EDS 分析；通过高温扩散加热、合理锻压变形、均匀化热处理消除或减轻。

2. 夹杂物与有害微量元素
常见内生夹杂：硫化物、硅酸盐、氧化物。
数量、组成与成分、冶炼、浇注、脱氧方法有关。
高熔点夹杂先凝固，呈棱角外形；低熔点夹杂受限于已凝固金属，多呈球、条、枝晶状沿晶界分布。
硫化物与塑性硅酸盐在锻造时沿主变形方向延伸成条带。对策：真空处理、炉外精炼，控制钢液质量。清洁浇注，防止外来夹杂与异金属。合理锻造变形，改善夹杂分布。

3. 缩孔与疏松
孔隙性缺陷，破坏金属连续性，形成应力集中与裂纹源，属不允许缺陷。
钢锭开坯切除量不足，残留缩孔/疏松，表现为锻件端头管状孔穴或严重中心疏松。对策：严控浇注温度与速度，防止低温慢速注锭。采用发热/绝热冒口，改善补缩，使缩孔上移。控制冒口切头率，充分切净缩松；合理锻压压实疏松。

4. 气泡
气体来源于炉料、炉气、空气；脱氧不良、沸腾排气不足，凝固时气体溶解度下降而析出，形成内部气泡。
钢锭模壁潮湿、锈蚀、涂料含水或挥发物，高温钢水注入时产生气体渗向表层，形成皮下气泡。对策：充分烘烤炉料与浇注系统。冶炼充分脱气，保护浇注。高温扩散+锻压焊合孔洞。及时烧剥表面裂纹。
5. 锻造裂纹
（1）钢锭缺陷引起例：2Cr13 主轴锻件中心裂纹——6 t 钢锭结晶温度范围窄、线收缩大，补缩不足，轴心拉应力大，沿枝晶开裂，锻造扩展。
措施：
① 提高钢水纯净度；② 铸锭缓冷减热应力；③ 良好发热剂/保温帽，增大补缩；④ 中心压实锻造。
（2）有害杂质沿晶界析出硫：以 FeS（熔点 982 ℃）沿晶界析出，1200 ℃锻造时晶界熔化，形成液态薄膜，热脆开裂。铜：1100–1200 ℃过氧化气氛中选择性氧化，表层富铜，超过溶解度后以液态薄膜分布于晶界，形成铜脆；锡、锑加剧此倾向。
（3）异相（第二相）引起氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸盐等与基体性能差异大，变形时产生附加应力，局部应力超过结合力即分离成孔洞；若沿晶界链状分布，高温锻压即开裂。
例：20SiMn 钢 87 t 锭，细小 AlN 沿晶界析出导致锻造开裂。对策：限制加铝量，去氮或加钛抑制 AlN 析出。热送钢锭，过冷相变处理。提高热送温度（＞900 ℃）直接加热锻造。锻前充分均匀化退火，扩散晶界析出相。

6. 过热、过烧与温度不均
过热：加热温度过高或高温停留过长，塑性与韧性显著降低。
过烧：晶界剧烈氧化或熔化，完全失去变形能力。
温度不均：锻坯内外、正反面、长度方向温差大，导致不均变形、偏心锻造，亦称欠热。
对策：严格执行正确加热规范。注意装炉方式，防止局部加热。校测温仪表，精心操作，控制炉温与炉气流动，防止不均匀加热。

7. 白点
锻后冷却过程中产生的内部缺陷。
横向低倍：细发丝状锐角裂纹；断口：银白色斑点。
实质：氢在应力作用下向拉应力区富集，导致氢脆并发生脆性断裂——氢与附加应力联合作用。
对策：降氢：烘烤炉料、冶炼充分沸腾、真空除气、炉外精炼脱气。消除白点热处理：扩氢退火，扩散氢并消除应力。

8. 组织性能不均匀
大型锻件尺寸大、工序多、周期长，易受偏析、夹杂、孔隙、加热/冷却缓慢且不均、局部变形差异、组织转变复杂等因素影响，导致组织性能严重不均，力学性能、金相、探伤不合格。
提高均匀性措施：采用先进冶铸技术，提高钢锭冶金质量。采用控制锻造与控制冷却，优化工艺，提升技术经济水平。

9. 淬火裂纹与回火脆性
高要求锻件经粗加工后调质或表面淬火。
温度剧变产生温度应力；相变产生组织应力；叠加残余应力，若合成拉应力＞抗拉强度且无塑性松弛，即开裂（纵/横/表面/中心裂纹、龟裂、剥离等）。
大锻件截面大，温度分布不均、相变复杂、残余应力高，且存在缺陷，塑性差、韧性低，易即时或延时开裂，甚至炸裂。
对策：合理热处理规范，控制加热速度与冷却，减少缺陷与温度应力。避免严重冶金缺陷与残余应力。淬火后及时回火。
回火脆性：碳化物析出或 P、Sn、Sb、As 等有害元素晶界聚集导致脆性增大。
防止措施：减少有害元素含量。减少偏析。避开回火脆性温度区热处理，适当快冷，防止有害组元富集。