各类金属常见缺陷.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流各类金属常见缺陷.精品文档.各类金属材料常见缺陷与对策一、高温合金锻件常见的缺陷与对策 （一）概述 高温合金主要用于制造燃气涡轮发动机的重要零件，如涡轮叶片、涡轮盘、承力环、火焰筒安装座等。此类零件不仅要求具有很高的高温性能和良好的疲劳性能，而且要求具有抗氧化、抗腐蚀性能和一定的塑性。 变形高温合金可分为铁基、镍基和钴基合金三类，这里主要介绍前两类。 我国常用的合金牌号有GH30、 GH32、 GH33、 GH34、 GH36、 GH37、 GH43、GH49、GH130、GH135、GH140和GH220等。其中GH34、GH36、GH13

2、0、GH135、GH140是铁基高温合金，其余的是镍基高温合金。在这些高温合金中含有大量的Cr、Ni、Ti、Al、W、Mo、V、Co、Nb、B、Ce等合金元素。就铁基高温合金来说，加人较多的Cr是为保证合金在高温下的抗氧化能力；加人较多的镍，一方面是为保证得到奥氏体基体，另一方面是与钛、铝生成合金的主要强化相Ni3（Ti、Al），还有一个方面是镍和铬配合使用能够提高合金的抗氧化能力；加人高熔点的金属元素如W、Mo、V、Co等来提高合金的再结晶温度；加入W、MO、V、Nb等强烈的碳化物形成元素和合金中微量的碳作用，生成高度分散的高熔点的碳化物粒它们主要分布在晶界处，是强化相；加入硼是为了生成硼和

3、金属元素间的硼化物，硼化物分布在晶界处，是强化晶界的主要强化相；铈的加入是为了进一步清除液态合金中的杂质元素，因而使合金晶界处得到净化，有较紧密的结合，有较高的强度。 我国高温合金特别是镍基耐热合金的冶炼方法主要是电弧炉、电弧炉+真空自耗、电弧炉+电渣重熔。为了提高合金的纯度以提高合金的性能，往往采用电弧炉+真空自耗。但该种冶炼方法往往由于杂质少，易出现粗晶缺陷。 耐热合金铸锭中存在的冶金缺陷较多，例如铸锭中柱状组织较为发达，存在显微疏松和枝状疏松以及各种宏观及微观不均匀组织，致使铸态合金的性能较低，经过热塑性变形后合金的性能有较大提高，随总变形程度增大，高温合金纵向纤维试样的力学性能，也和普

4、通结构钢一样有规律地提高，但其横向试样的力学性能不像结构钢那样剧烈下降，而是变化较小。这是由于：具有均匀固溶体的单相高温合金，在变形及随后的再结晶所获得的晶体位向与主变形方向仅有较小的重合，这就减小了纤维纵向和横向力学性能之间的差别。而结构钢通常具有多相组织，在塑性变形过程中所获得的纵向上的方向性组织在再结晶后仍部分地保留下来，加之结构钢的杂质较多，它们沿纵向被拉长，这就使得其纵向和横向性能间的差别较大。 为了获得较高的力学性能，高温合金的总压缩比通常控制在410范围内。 晶粒尺寸对高温合金的性能有较大影响，从室温力学性能的角度看，晶粒愈细愈好。例如GH135合金，当晶粒度从 46级细化到 7

5、9级时，室温疲劳强度从 290MPa提高到400MPa，但从高温性能角度看，晶粒适当粗些可使晶界总面积减少，有利于提高合金的持久强度。对于高温合金来说，晶粒大小不均匀是最有害的，它将使持久强度和抗蠕变强度显著降低。因此，综合晶粒度对室温和高温性能的影响，取均匀适中晶粒为宜。 高温合金锻件晶粒的最终尺寸除与固溶温度等有关外，还与固溶前锻件的组织状态有很大关系。如果锻后是未再结晶的组织而且处于临界变形程度时，固溶处理后将形成粗大晶粒；如果锻后是完全再结晶组织，固溶处理后一般可以获得较细较均匀的晶粒；如果锻后是不完全再结晶组织，固溶处理后晶粒将是大小不均匀的。锻件的组织状态取决于锻造温度和变形程度，

6、应注意控制。 高温合金的锻造特点是： 1.塑性低 高温合金由于合金化程度很高，具有组织的多相性且相成分复杂，因此，工艺塑性较低。特别是在高温下，当含有s、Ph、Sn等杂质元素时，往往削弱了晶粒间的结合力而引起塑性降低。 高温合金一般用强化元素铝、钛的总含量来判断塑性高低，当总含量6（质量分数）时，塑性将很低。镍基高温合金的工艺塑性比铁基高温合金低。高温合金的工艺塑性对变形速度和应力状态很敏感。有些合金铸锭和中间坯料需采用低速变形和包套镦粗，包套轧制，甚至包套挤压才能成形。 2.变形抗力大 由于高温合金成分复杂，再结晶温度高，再结晶速度慢，在变形温度下具有较高的变形抗力和硬化倾向。变形抗力一般为

7、普通结构钢的47倍。 3.锻造温度范围窄 高温合金与碳钢相比，熔点低，加热温度过高容易引起过热、过烧。若停锻温度过低，则塑性低、变形抗力大，且易产生冷热混合变形导致锻件产生不均匀粗晶。因此，高温合金锻造温度范围很窄，一般才200左右。而镍基耐热合金的锻造温度范围更窄，多数在100150，有的甚至小于100。 4.导热性差 高温合金低温的热导率较碳钢低得多，所以，一般在700800范围需缓慢预热，否则会引起很大的温度应力，使加热金属处于脆性状态。 （二）锻造过程中常见的缺陷与对策 高温合金锻件，除了因原材料冶金质量不良引起的非金属夹杂、异金属夹杂、带状组织。分层、碳化物堆积、点状偏析、残留缩孔和

8、疏松等缺陷外，由于锻造工艺不当经常出现的缺陷有下面几种： 1.粗晶 粗晶是指在锻件中存在有晶粒粗大或晶粒大小不均匀的组织。它是高温合金锻件中最常见M一种缺陷。粗晶使材料的疲劳和持久性能明显下降。涡轮叶片、涡轮盘等重要零件，对粗晶均有严格要求。粗晶产生的主要原因有：变形温度低于或接近于合金再结晶温度；加热温度过高，变形程度小（处于临界变形程度范围内）或变形不均匀，以及合金成分控制不当等。具体介绍如下。 锻造加热温度过高或原始晶粒过大，锻造时变形分布不均匀或变形小的部分落人临界变形范围；或锻造温度过低，形成冷热混合变形，固溶处理后在锻件体内将产生晶粒大小不均匀。防止的对策是控制好加热和锻造温度；改

9、善坯料形状，使模锻时各断面变形尽量均匀一致；以及采用原始晶粒度小的坯料等。 锻造时如表层金属变形程度小，落人临界变形范围或终锻时锻件表面温度低于合金的再结晶温度，留下加工硬化痕迹，固溶处理后将产生表面粗大晶粒。防止的对策是将模具预热温度提高到350，操作工具预热至150，采用效果良好的润滑剂，加快操作，防止闷模使金属表面温度急剧下降，最好整个模锻操作时间不超过10s。 在其它条件正常的情况下如固溶温度过高将产生锻件整体粗晶。 当合金中存在钛氨化合物、硼氮化合物等，形成偏析时，这些化合物偏析都阻碍晶粒长大，因此，锻件中有这类偏析的部分，具有细小的晶粒和较高的硬度，没有这类偏析的部分，晶粒则比较粗

10、大，导致在锻件内形成大小不均匀的晶粒。 GH88合金增压器叶片锻造时，当锻造加热为1070，30min和1180，45min，以及锻造中不涂润滑剂时，经正常热处理（1180，lh水淬十800，16h时效）后的叶片锻件皆出现不同程度的粗晶（见图片5-1316）。该叶片的原坯料为均匀细小的晶粒组织（见图片5-17）。当锻造加热为1070，30min时，叶片的表层温度低，发生了不均匀变形，表层金属处于临界变形程度范围内，热处理后导致叶片产生粗晶。而当锻造加热为1180，45min时，由于临界变形，处于叶背的表层金属在高温下发生了聚集再结晶，因此形成了粗晶。当叶片模锻时不涂润滑剂，由于表层摩擦力大，使

11、叶片发生了不均匀变形，在叶身内必然有某一部位处于临界变形，导致出现粗晶。当选用适宜的加热规范（1130，30min）和改善润滑条件后，叶片基本上不再出现粗晶，其低倍组织及高信组织见图片5-1819。 图片5-13 1070，30min加热模锻的叶片低倍组织（叶脊及叶盆处晶粒粗大）图片5-14 1180，45min加热模锻叶片叶身中部的晶粒情况 100图片5-15 1180，45min加热模锻叶片背粗大晶粒 100图片5-16 不涂润滑剂模锻叶片叶身粗晶情况图片5-17 GH88合金原棒材均匀细小的晶粒组织 400图片5-18 1130/30min加热模锻的叶片的低倍组织（粗晶基本消除）图片5-

12、19 1130/30min加热模锻的叶片叶身的粗晶情况 100 介绍了GH49合金锻造叶片的临界变形粗晶，该例分析认为该合金临界变形粗晶的形成机制是由少数原有晶粒的直接长大而形成的，晶粒直接长大的最初驱动力是晶界两侧的畸变能差。解决该临界变形粗晶的措施主要是：增大终锻时的变形程度；终锻后将叶片立即放人与锻造温度相同的退火炉内保温10min，以使畸变能尽可能地释放；另外，选用合适的变形温度和改善润滑条件。 为避免高温合金锻件产生粗晶，生产中还应注意如下问题： 1）高温合金锻件的粗晶，与原材料及锻造工艺过程中各个环节（包括加热、变形、模具、润滑、操作等）均有关系。因此，为保证锻件质量稳定，工艺编制

13、要详细、正确，执行工艺要严格、准确。高温合金的重要锻件，即使小量生产，也应采用模锻。 2）不同牌号高温合金的再结晶特性有所不同。例如，多数高温合金的临界变形程度为3%5%，而GH135合金为 4%6%，锻造时应使各处变形程度超过上述数值。 3）不同冶炼方法、不同炉号的同牌号高温合金，由于化学成分的实际含量有差别，因此实际再结晶温度和聚集再结晶温度常常是不一样的。强碳化物和金属间化合物的形成元素碳、铝、钛等的影响更为明显。例如，生产和试验证明：不同冶炼方法、不同炉号的GH33合金，其适宜的最高加热温度在10701140之间变化。因此应根据各批材料的情况采用具体的有效措施。 2.裂纹 高温合金由于

14、塑性差，锻造时经常出现各种裂纹。尤其是铸锭，由于具有粗大的柱状晶，锻造时更易开裂。产生裂纹的原因主要有： 1）有害杂质含量多，铅、秘、锡、锑、砷、硫等都是高温合金中的有害杂质，这些元素的熔点低，在合金中分布于晶界上，降低了合金的塑性； 2）合金中某些元素（例如，GH37中的硅、硼及GH132、GH135中的硼）含量偏高，它们在合金中形成脆性化合物，并沿晶界分布，使合金的塑性降低； 3）铸锭表面和内部的质量差，或棒材中存在某些冶金缺陷（例如，夹杂物、分层、缩孔残留、疏松、点状偏析、碳化物堆积等），锻造时引起开裂； 4）在火焰炉中加热时，燃料和炉气中含硫量过高，硫与镍作用后形成低熔点共晶体，沿晶界

15、分布，降低了合金的塑性； 5）装炉温度过高，升温速度过快，尤其在加热铸锭和断面尺寸大的坯料时，由于合金导热性差，温度应力大，易引起炸裂； 6）加热温度过高或变形温度过低； 7）变形程度过大或变形速度过快； 8）变形工艺不当，存在较大的拉应力和附加拉应力。 为防止产生裂纹，应当采取如下对策： 1）对原材料应按标准进行检查，要严格控制有害元素的含量。某些有害元素（例如硼）过多时，可适当降低锻造加热温度； 2）铸锭需经扒皮或砂轮清理后，才能加热锻造； 3）加热时应控制装炉温度和升温速度； 4）在火焰炉中加热时应避免燃料中含硫量过高。同时，也不应在强氧化性介质中加热，以免氧扩散到合金中，使合金塑性下降

16、； 5）要注意控制加热和变形温度； 6）铸锭拔长时，开始应轻击，待铸态组织得到了适当破碎，塑性有所提高后，再增大变形量。拔长时的每火次总变形量应控制在3070范围内，不应在一处连击，应采用螺旋式锻造法，并应从大头向尾部送进。 对于塑性很低的合金铸锭和中间坯，可采用塑性垫、包套墩粗等变形工艺。 7)工模具应进行预热（预热温度一般为150350），锻造和模锻时应进行良好的润滑。 3 .过热、过烧 若合金的加热温度过高，高温保温时间过长，则晶粒急剧长大，晶界变粗变直，析出相沿晶界呈条状和网状分布，使合金塑性降低，锻造时易产生开裂，同时还引起合金元素贫化。若进一步提高加热温度，则晶界上的低熔点相将发生

17、氧化和熔化，形成三角晶界，使晶粒松弛并产生掉晶现象，锻造时产生碎裂。 过热、过烧后的合金组织是不能用随后的固溶处理加以消除的，故应严格控制加热温度。 4.合金元素贫化 高温合金加热时，常产生碳、硼等合金元素贫化。碳、硼是强碳化物和金属间化合物的形成元素。贫碳、贫硼，将使合金的高温持久强度明显下降，室温塑性和韧性降低，并能引起表层晶粒粗大。采用无氧化加热可以防止贫碳，但贫硼现象仍然存在（见表5-5）。为减少合金元素贫化，应避免高温长时间保温。对于合金元素贫化的锻件，为了保证零件的使用性能，贫化层必须在机加工时全部除去。 表5-5 高温加热条件对合金元素贫化的影响合金牌号加热规范加热设备及保护措施

18、贫碳层/mm贫硼层/mm备注GH1351160保温4.5h+电炉13W、Mo、Al、Ti、Ni、Cr、Mn、Si等合金元素无明显贫化现象1140保温4hGH371200保温30min电炉和液化石油气保护00.81.5电炉和玻璃或陶瓷涂料保护01.61.81190保温4h+水煤气无氧化加热炉04.81050保温4hGH491220保温4h+水煤气无氧化加热炉021050保温4h二、不锈耐酸钢锻件常见的缺陷与对策不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。在大气中能抗腐蚀的钢称为不锈钢。在某些化浸蚀性介质（如河水、海水、盐、碱和某些酸溶液）中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。 不锈耐酸钢除要求耐蚀性外，还要求具有一

19、定的力学性能、焊接性能、冷变形性能和切削性能等以满足构件的使用要求。为此在钢中加入大量的Cr、Ni、Mn、Ti等合金元素，其中Cr是提高防腐蚀性能的主要元素。 不锈耐酸钢按组织可分为铁素体、奥氏体、和马氏体三大类。也有介于两类之间的。在某些文献资料中将不锈耐酸钢分为五类（增加了奥氏体铁素体复相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢），但从压力加工工艺角度考虑，以分三类为宜。 （一）铁素体不锈钢 该类钢具有良好的耐酸性，常用作制造硝酸、磷酸、次氯酸钠等的设备、换热器、蛇形管、蒸气过热器管道以及食品工厂设备等。 常用的一部分铁素体不锈耐酸钢的牌号及成分见表5-6。 表5-6 铁素体型耐酸钢的牌号和成分钢号化 学

20、 成 分（质量分数）（%）CSiMnSPCrNiTiMo1Cr170.120.800.800.0300.03516181Cr180.151.000.800.0300.03527300.201Cr17Ti0.120.800.800.0300.03516185C%0.81Cr25Ti0.121.000.800.0300.03524275C%0.81Cr17Mo2Ti0.100.800.800.0300.03516187C%1.61.9 由表5-6中可见，铁素体不锈耐酸钢中加入大量的Cr、Si等合金元素。钢中加入Cr是为了提高钢的电极电位，增强钢的抗腐蚀能力，Si也有和Cr同样的作用。 不锈钢中加入

21、约2%Si（质量分数）可提高在硫酸和盐酸中的抗腐蚀性。但Si量过高将使钢的塑性急剧降低，Si量大于4%5%（质量分数）后就不易锻轧加工，更不易冷变形。 由Fe-Cr二元相图（见图5-6）可知，当钢中Cr12.5%（质量分数）时，钢液结晶后始终保持铁素体组织，加热和冷却时不发生同素异构转变，故不能通过热处理方法来细化组织。该类钢加热到475附近或自高温缓冷至475附近时，有析出，产生脆化现象，即所谓475脆性。该类钢在820520长期加热或缓冷将析出相，引起钢的脆化。 1.铁素体不锈耐酸钢的锻造特点 1）该类钢的再结晶温度低、再结晶速度快，加热温度越过900后，晶粒迅速长大（见图5-7）。 2）

22、该类钢的塑性较差，尤其是该类钢的钢锭为粗大晶粒的柱状晶，塑性很低。 3）该类钢的导热性差，热膨胀系数大。加热和冷却过程中的温度应力较大。4）该类钢在820520附近长期加热或缓慢冷却时有相和相析出。引起脆性。图5-6 Fe-Cr二元相图a）Fe-Cr二元相图 b）Fe-Cr二元相图的左下角部分 图5-7 晶粒大小随温度的变化 1铁素体钢 2奥氏体钢 2.锻造过程中的主要缺陷和对策（ 1）晶粒粗大 铁素体钢的晶粒度对性能有很大影响。粗晶使铁素体钢的室温力学性能和抗腐蚀性能下降。晶粒很粗大时，钢的脆性很大，甚至锻件切边时，就会出现裂纹。 该类钢于600时晶粒就开始长大，950以上发生晶粒急剧长大的

23、现象，随着加热温度和加热时间增加，能产生较粗大的晶粒。而且该类钢是无同素异构转变的单相钢，不能用热处理的方法细化晶粒。防止晶粒粗大的对策是： 1）锻造该类钢时，加热温度应1150；900以上要快速加热，尽量缩短高温停留时间； 2变形程度应足够大，最后一火次的锻造变形量不应小于30； 3）终锻温度应不高于800。但是为了避兔温度过低产生加工硬化，终锻温度不应低于700，通常选用750。 （2）裂纹 该类钢导热性差、塑性低，尤其是钢锭为粗大晶粒的柱状晶，塑性很低，锻造过程中很易开裂。防止裂纹的对策是： 1）钢锭应预先进行退火处理。钢锭表面必须经过修磨或扒皮，不允许有任何缺陷存在，否则将会在锻造过程

24、中产生严重开裂。 2）钢锭人炉温度应700，热锭装炉温度不限；在 760以前应缓慢升温，加热速度一般为0.51mmmin，但900以上要快速加热，钢锭加热温度为11001150，钢坯加热温度为11001130；钢锭加热到规定的均热阶段时，必须勤翻料，以保证锭料出炉时阴阳面温差较小。 3锻造过程中要注意轻击快打，尤其是第一火要勤打、勤翻、勤倒角，其目的是提高钢的塑性，避免锻裂；锻造方坯时不要出棱角，防止因棱角温度低而开裂；锻造中发生鱼鳞裂纹时，继续锻打即可消除。 （3）脆性和475脆性高铬铁素体不锈钢常易产生脆性和475脆性。前面已经介绍，这两种脆性分别是在820520和475附近长期加热或缓慢

25、冷却时由于相和相的沉淀引起的。当加热温度超过上述两个温度范围时，相和相将迅速溶入基体。而锻造加热温度均超过1100，故在锻造加热过程中不会引起脆性和475脆性。因此，为了防止脆性和475脆性的产生，关键是控制锻后的冷却速度。该类钢锻后应分散空冷，快速通过上述两个脆化区。（二）奥氏体（包括奥氏体-铁素体）不锈钢 1.概述 镍铬奥氏体耐酸不锈钢，除了有较好的耐蚀性、室温及低温韧性外，还具有良好的工艺性能。这类钢突出的冷变形性能是铁素体不锈钢所不及的，因此，该类钢得到了广泛应用。该类钢常冷轧后用以制造不锈钢结构及零件，无磁性零件等。1Crl8Ni9Ti是目前应用最广的一种，它被用来制作在610以下长

26、期工作的锅炉和汽轮机的零件以及化工中各种阀门零件。我国常用的奥氏体型不锈耐酸钢的牌号和成分见表5-7。现以1Crl8Ni9Ti为例对该类钢的特点介绍如下：表5-7 奥氏体型耐酸不锈钢的牌号和成分钢号化 学 成 分（质量分数）（%）CSiMnSPCrNiTiMoNb其它0Cr18Ni90.061.002.000.0300.03517198118C%Cu:1.82.2 W:2.02.751Cr18Ni90.121.002.000.0300.03517198112Cr18Ni90.130.221.002.000.0300.03517198110Cr18Ni9Ti0.081.002.000.0300.

27、03517198115C%0.71Cr18Ni9Ti0.121.002.000.0300.03517198115(C%-0.02)0.81Cr18Ni11Nb0.101.002.000.0300.03517209132Cr13Ni4Mn90.150.251.008100.0300.06012143.75.01Cr18Ni12Mo2Ti0.121.002.000.0300.035161911145(C%-0.02)0.81.82.50Cr18Ni18Mo2Cu2T0.171.002.000.0300.035171917191.82.24Cr14Ni14W2Mo0.40.50.800.701315

28、13157C%0.250.401Cr18Ni9Ti钢属于奥氏体型不锈耐酸钢，其相图见图5-8。由该图可知，经过10501100的淬火处理（水中或空所中）后呈单机奥氏体组织，它在不同温度和浓度下的各种强腐蚀介质中（如硝酸、大部分有机酸和无机酸的水溶液、磷酸、碱及煤气等）均有良好的耐酸蚀性，在空气中热稳定性也很高，达850。但当钢中铁素体形成元素（Cr、Ti、St）含量增加时，就可能出现 相，使塑性降低，化学稳定性下降。另外，加热温度过高时，则由区进人区，也会使-铁素体量增多，高温塑性显著下降。在700900区间如加热和冷却缓慢则都将有相析出。相是非常脆的金属间化合物，相的出现会使不锈钢塑性降低。

29、因此在该温度区间要快热和急冷。图5-8 铁-铬状态图奥氏体不锈耐酸钢的锻造特点是： 1）由于钢内含有大量Cr、Ni等合金元素，使再结晶温度升高、速度减慢； 2）由于钢内含有大量Cr、Ni等合金元素，使其变形抗力增大。18-8型钢的变形抗力大约是碳钢的1.5倍。 3）导热性差。1Cr18Ni9Ti钢在低温区热导率仅为普通钢的1/3室温下碳钢热导率为41.868w（m）；而这种钢100时为16.132w（m），500时为22.123w（m），随着温度升高热导率也提高。 4）锻造温度范围窄，因为始锻温度过高时，铁素体量增多，使塑性下降；另外，1Cr18Ni9 Ti钢具有高温晶粒粗化倾向（见图5-9）

30、，这种粗大晶粒不能用热处理相变方法来细化，其加热温度应低于1200。在700900区间有。相析出，使塑性降低，因此终锻温度也不能过低。一般始锻温度为11501180，终段温度为850900。图5-9 1Cr18Ni9Ti高温晶粒曲线2.锻造过程中的主要缺陷和对策 （1）晶界贫铬，抗晶间腐蚀性能下降 该类钢的零件在工作中破坏的主要原因常常是晶间腐蚀，晶间腐蚀的原因是由于晶界贫铬。晶界附近基体中的钻含量低于一定数值时，电极电位显著降低，使材料抗晶间腐蚀性能明显下降。引起奥氏体钢晶界附近贫铬的原因是： 1）加热产生渗碳现象时，碳与铬在晶界区形成大量碳化铬。 2）在低于900时，缓冷或缓慢加热，沿晶界

31、析出含铬量高的金属间化合物相。 3）在500900缓冷或缓慢加热，沿晶界有铬的碳化物析出。 因此，这类钢应当在微氧化气氛中加热，在加热和冷却时应迅速通过碳化物和相析出的温度范围，并且锻后应进行固溶处理，使已析出的碳化物和相重新溶人奥氏体，以得到均匀单一的常温奥氏作组织。固溶温度一般为10201050，采用水冷。为防止晶粒长大，固溶温度不宜过高，保温时间不宜过长。 （2）晶粒粗大 晶粒度对奥氏体钢性能的影响没有高温合金明显，但是晶粒粗大也引起力学性能、抗晶间腐蚀性能和焊接工艺性能降低。对需要进行氮化处理的4Crl4Nil4W2Mo、2Cr18Ni2W2等奥氏体钢零件，要求锻件晶粒度6级，否则，氮

32、化层要起皮剥落。奥氏体钢无同素异构转变，因此锻造加热温度和变形程度对晶粒度有很大影响。为了获得细小而均匀的晶粒组织，最后一火应具有足够大的变形量。对于不同的锻件和工序，应依其变形量不同，采用不同的加热温度。例如，2Cr18Ni8W2衬套锻件要求晶粒度6级，某厂原工艺加热温度为（116020），晶粒35级；后来加热温度改为（112020）时，晶粒度就达到了67级。 （3）铁素体带状组织和裂纹奥氏体-铁素体钢中含有铁素体。在某些奥氏体钢中（如 1Crl8Ni9Ti钢），也会出现铁素体。这类钢在变形时，铁素体沿主伸长方向被拉长形成带状组织，并且很易沿铁素体带开裂（，图片8-243、249）。铁素体带

33、的出现，将会降低锻件的横向力学性能，增加锻件的缺口敏感性，并使之具有磁性，同时锻后酸洗时，还会引起过腐蚀缺陷。图片8-243 锻件裂纹的高倍组织（裂纹沿相的走向延伸） 300图片8-249 沿-相界面发生的小裂纹 500 铸锭中的铁素体的数量往往高于轧材，因为轧前的加热已使铁素体部分地溶解于奥氏体中。因此，为了保证奥氏体钢具有适当的可锻性，必须控制原材料中铁素体的含量。一般要求奥氏体钢中铁素体2.5级（约12）。对于铁素体含量较高的原材料，为避免锻造时开裂，不应采用拉应力较大的敬粗、冲孔等工序。在这种变形工序中，当铁素体l级（5）时，即可能出现裂纹。 对于铁素体较多的原材料，加热时可适当延长保

34、温时间或采用锻前固溶处理（见图片5-2023），使钢中的铁素体溶解于奥氏体中，或聚集变圆，或由带状变成链状，以改善钢的塑性。图片5-20、21是1Cr18Ni9Ti钢的过热组织，图片5-22、23是将其加热到1050保温2h，正火后的组织。图片5-20 1Cr18Ni9Ti钢A锻坯正火前的过热组织（相呈针状及网状分布） 400图片5-21 B锻坯正火前过热组织（相呈针状及网状分布） 400图片5-22 A锻坯正火后的高倍组织（针状及网状相消失） 400图片5-23 图片5-23 B锻坯正火后的高倍组织（针状及网状相消失） 400 奥氏体钢锭的柱状晶很粗大，钢锭和钢坯的表面缺陷较多，为避免锻造时

35、开裂，加热前需用机械加工方法除去表面缺陷。锻造钢锭时，开始应轻压，当变形量超过30后才能重压；锻造过程中，应注意操作方法，提高变形的均匀性，尽量减小附加拉应力。 （三）马氏体（包括马氏体-铁素体）不锈钢 1.概述 马氏体不锈钢包括含碳量在0.050.45（质量分数）的各种Cr13型不锈钢和9Cr18不锈钢。该类钢在弱腐蚀介质中，温度不超过30的条件下有良好的耐蚀性。在淡水、海水、蒸气、空气条件下也有足够的耐蚀性。0Cr13、1Cr13及2Crl3一般用作较高韧性与受冲击负荷的零件。例如汽轮机叶片、水压机阀。3Cr13一般用作有较高硬度要求的热油泵轴及阀门等零部件。4Cr13、9Cr18等用作切

36、削、测量、外科医疗工具、弹簧和滚珠轴承等。 我国常用的马氏体不锈耐酸钢的牌号和成分见表5-8。图5-10为含12Cr（质量分数）、01C（质量分数）的合金状态图。由状态图可知，这类钢在室温下的平衡组织是由铁素本加碳化物组成。该类钢加热到AC3和ACm点以上的一定温度呈单一的奥氏体相。如果加热温度过高，则由单相状态过渡到双相状态，使钢的塑性下降。图5-10 含12%Cr（质量分数），01%C（质量分数）的合金状态图 该类钢从淬火温度空冷至室温，钢的组织全部由马氏体组成。 由于该类钢有同素异构转变，可以用热处理方法细化晶粒，因此，对锻造时的变形工艺要求不像奥氏体和铁素体钢那样严格。但是该类钢由于空

37、冷就形成马氏体，产生的组织应力很大，因此锻后空冷是很重要的一环。表5-8 马氏体型不锈耐酸钢的牌号和成分钢号化 学 成 分（质量分数）（%）CSiMnSPCrNiMoV其它*0Cr130.080.060.080.0300.03512141.52.51.01.30.070.12W:1.52.0*1Cr130.080.150.060.080.0300.03512141.41.80.350.500.180.30*Cr17Ni20.110.170.080.080.0300.03516182Cr130.160.240.060.080.0300.03512143Cr130.250.340.060.080.

38、0300.03512144Cr130.350.450.060.080.0300.03512149Cr180.901.000.080.080.0300.03517199Cr18MoV0.850.950.080.080.0300.03517191Cr11Ni2W2MoV0.100.160.060.060.0250.03010.512 注：表中有*者为马氏体-铁素体型不锈钢。 马氏体不锈耐酸钢的锻造特点： 1）该类钢加热高于一定温度后出现铁素体，进入双相状态，变形时极易引起裂纹。该类钢开始出现铁素体的温度大约在1150左右，因此，始锻温度一般取为1150。终锻温度应高于Ar1，对含碳量低的钢可取为8

39、50，对于含碳量高的钢取为950。 2）马氏体不锈耐酸钢锻造加热温度过高，变形程度太小或变形不均时，冷却后原粗大奥氏体晶粒形成粗大马低体组织，且低倍粗晶的倾向性大。 3）该类钢空冷即形成马氏体组织，锻后应缓冷，以防由于组织应力和热应力的作用命名锻件产生冷却裂纹。 2.锻造过程中的主要缺陷与对策 （1）锻造裂纹 该类钢含铁素体形成元素较多， 使相图中的铁素体区大大右移。加热过程中，在高于一定温度后出现铁素体。加热温度越高，保温时间越长，铁素体数量越多。结果使该类钢处于两相区状态下，因此变形时极易引起锻造裂纹。 锻件内出现铁素体后， 要降低钢的横向力学性能，增大缺口敏感性并且容易过腐蚀。这种缺陷用

40、一般热处理工艺不能消除。此类钢出现铁素体的温度大致在1150左右，加热时要予以控制。另外，锻造时避免金属快速流动，防止由于热效应引起局部过热，出现铁素体而使钢的可锻性降低。 该类钢锻件中的铁素体，有时是由原材料带来的。因此，应控制原材料中铁素体的含量。 （2）冷却裂纹 该类钢对冷却速度特别敏感，锻后空冷也会形成较大的组织应力和热应力，使锻件产生冷却裂纹，对较薄的锻件尤其如此。因此该类钢锻件锻后应经热处理，待消除应力后再行酸洗，否则容易出现应力腐蚀裂纹。锻后未缓冷而后又未及时消除残余应力的锻件，在空气中放置时间过长，也会出现应力裂纹和应力腐蚀裂纹。因此，这类钢锻后应缓冷（一般在200砂坑或炉渣中

41、缓冷），并及时进行热处理，以消除内应力。在锻造过程中，要防止水等冷却模具的介质喷到锻件上，以免引起局部开裂。 （3）组织粗大和低倍粗晶 对于马低体不锈钢，若锻造时加热温度过高，锻造变形太小或变形不均匀，则冷却后原粗大奥氏体晶粒形成粗大马低体组织，且低倍粗晶的倾向性极大。往往在锻件热处理后，出现低倍粗晶和组织粗大的缺陷。这种粗大组织的遗传性很强，比较顽固，锻后热处理也难以消除。 马氏体不锈钢的这种组织粗大和低倍粗晶缺陷使钢的韧性、塑性和疲劳性能下降，因此应加以预防。详见第三章过热、过烧一节。 Cr17Ni2、1Cr13属于马氏体-铁素体钢，其锻造特点是易出现的质量问题与马氏体不锈钢相似。该类钢含

42、有较多的初生铁素体，其铁素体的含量随加热温度和保温时间的增加而增多。该钢由于是双相组织，塑性较低，特别容易出现铁素体带（见照片8-289），这将使锻件的横向性能，特别是塑性指标和冲击韧度剧烈降低，见表5-9。因此，锻前加热温度通常不越过1180，始锻温度一般为11001150。该类钢终锻温度一般不应800，否则会出现加工理化现象，变形抗力增大，而且易出裂纹。当钢中含微量铅、锡、砷时，其塑性将下降更大。该类钢有形成龟裂和撕裂的倾向。该类钢锻后冷却有马氏体转变，快冷时易形成裂纹。钢的含碳量越高，产生裂纹的倾向性越大。表5-9 带状组织对Cr17Ni2钢力学性能的影响取样方向力 学 性 能（平均值）b/MPa0.2/MPa(%)(%)HBk/(MJ/m2)纵向093571618.759.13.641.15横向9091770315.946.33.640.26弦向4592571118.757.13.650.59图片8-289 纵向挤压叶片叶身的高倍组织（铁素体呈纵向分布） 500 三、莱氏体高合金工具钢锻件常见的缺陷与对策 本章将分别介绍莱氏体高合金工具钢、高温合金、耐热不锈钢、铝合金