?? 1? 高速鋼冶金缺陷引起鍛造裂紋
??? 高速鋼屬萊氏體鋼，含有大量合金元素，形成大量共晶碳化物和二次碳化物。不良碳化物硬而脆，是脆性相。共晶碳化物呈粗大骨骼狀或樹枝狀分布于基體，破壞了 組織連續(xù)性。鋼錠雖經(jīng)開坯壓延和軋制，碳化物有一定程度碎化，但碳化物偏析依然嚴(yán)重，沿軋制方向呈帶狀、網(wǎng)狀、大顆粒狀和堆集狀分布。碳化物不均勻度隨原 材料直徑和厚度增加而嚴(yán)重。共晶碳化物相當(dāng)穩(wěn)定，常規(guī)熱處理無法消除，導(dǎo)致鍛造時(shí)應(yīng)力集中，成為裂紋源。原材料存在組織疏松、縮孔、氣泡、白點(diǎn)、粗晶、內(nèi) 裂和非金屬夾雜，急劇降低鋼材熱塑性和強(qiáng)韌性，加之，高速鋼導(dǎo)熱性差，僅為碳鋼的三分之一，因熱塑性差，變形抗力大，鍛造第一錘重?fù)艏纯伤榱?。措施。?yán)格 原材料入庫和投產(chǎn)前材質(zhì)檢驗(yàn)，合格鋼材方可投產(chǎn)；選用小鋼錠開坯軋制各種規(guī)格原材料，選用二次精煉電渣重熔鋼錠，具有純度高，雜質(zhì)少，晶粒細(xì)，碳化物小， 無偏析，等向性能優(yōu)，化學(xué)成分和組織均勻等特點(diǎn)，對(duì)原材料進(jìn)行科學(xué)合理鍛造，擊碎不均勻共晶碳化物脆性相，使之≤3級(jí)，變不均勻共晶碳化物脆性相為強(qiáng)化相，發(fā)生質(zhì)的飛躍；鍛坯應(yīng)充分預(yù)熱，均勻加熱，充分透燒，勤翻動(dòng)坯料和采用輕--重--輕雙十字形變向鐓拔鐓造法，先鐓后拔次序操作等措施，有效避免鍛造碎裂。
??? 2? 對(duì)角線鍛裂和過熱淬火裂紋
??? 因原材料有中心疏松和碳化物剝落等缺陷聚集擴(kuò)展形成粗糙對(duì)角線裂口；鍛坯加熱溫度過高，出現(xiàn)粗晶組織，降低鋼材強(qiáng)韌性。鍛坯溫度過低，材料熱塑性差，變形 抗力大；拔長操作時(shí)送進(jìn)量過大，引起鍛件橫向展寬塑性變形過度等因素，引發(fā)鍛件對(duì)角線裂紋。高速鋼過熱、過燒組織引發(fā)淬火裂紋--因晶粒顯著粗化，出現(xiàn)碳 化物粘連、角狀和拖尾狀及沿晶界呈全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀和連續(xù)網(wǎng)狀分布；鋼組織內(nèi)部局部熔化，出現(xiàn)黑色組織或共晶萊氏體，形成過熱組織，顯著降低鋼的強(qiáng)韌性，易 應(yīng)力集中，是引起淬火裂紋的主要因素。因淬火加熱溫度過高，控溫儀表失靈；原材料存在大量角狀碳化物和碳化物不均勻度等級(jí)太高，易產(chǎn)生大的應(yīng)力集中等上述 原因，均會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋。
??? 措施。依據(jù)鍛坯對(duì)角線區(qū)域溫度變化調(diào)整錘擊頻率，避免因“熱效應(yīng)”造成塑性變形區(qū)溫度過高；拔長時(shí)送進(jìn)長度與坯料高度之比≯1，可減少橫向展寬和防止同一部位連續(xù)重?fù)?、連擊，壓下量應(yīng)適度，斷面盡量方正和選用合適的鍛壓設(shè)備等措施，可有效避免鍛件對(duì)角線裂紋。
??? 材料入庫和投產(chǎn)前檢查材質(zhì)是否合格，確保原材料無宏觀冶金缺陷；控制共晶碳化物≤3級(jí)，呈細(xì)、小、均勻分布于鋼基體；模具淬火前用試片校驗(yàn)高溫鹽浴爐溫度，核實(shí)晶粒度等級(jí)與淬火加熱溫度關(guān)系；采用微機(jī)控溫，達(dá)到測溫精度±3℃和加強(qiáng)科學(xué)生產(chǎn)管理等措施，能有效防止和避免因熱組織產(chǎn)生的淬火裂紋。
??? 3? 鍛件縱向表面裂紋和萘狀斷口與淬火裂紋
??? 因原材料表面存在顯微裂紋和鍛造過程被拉長和擴(kuò)展；矩形截面長、寬比過大，拔長時(shí)形成橫向彎曲，導(dǎo)致寬側(cè)表面產(chǎn)生細(xì)而淺，長短不一呈縱向分布的表面裂紋； 鍛件表面溫度過低，熱塑性急劇降低，塑性變形抗力大；鍛后冷速過快和鍛后室溫停留時(shí)間過長等因素，均會(huì)導(dǎo)致鍛件表面縱向裂紋。萘狀斷口是高速鋼常見組織缺 陷，易引發(fā)淬火裂紋。其斷口呈魚鱗狀，美似大理石，象萘一樣閃光，斷口極粗糙，晶?？蛇_(dá)!1mm，鋼的脆性大，強(qiáng)韌性低劣，高溫奧氏體化加熱和淬火時(shí)應(yīng)力集中大，導(dǎo)致產(chǎn)生淬火裂紋。當(dāng)熱、鍛、軋或壓延熱加工時(shí)，經(jīng)1050℃～1100℃高溫奧氏體化熱塑性變形在5%～10%臨界變形和精鍛溫度不當(dāng)及重復(fù)淬火時(shí)未經(jīng)中間退火，或退火不充分等因素，均會(huì)導(dǎo)致高速鋼形成脆性大的萘狀斷口，導(dǎo)致淬火時(shí)產(chǎn)生裂紋。
??? 措施。鍛前磨去原材料表面斑痕、氧化皮、微裂紋、折迭等缺陷，再經(jīng)探傷合格后投產(chǎn)；拔長時(shí)，截面長、寬比≥3的鍛坯，不得發(fā)生橫向彎曲，出現(xiàn)后及時(shí)在高溫下校直；鍛后坑冷、灰冷、爐冷，或乘高溫余熱退火，避免產(chǎn)生延時(shí)裂紋等措施，能有效消除鍛件表面縱向裂紋。
??? 科學(xué)合理制訂精鍛溫度，嚴(yán)格控制終鍛溫度在950℃～1000℃之間和鍛后緩冷與及時(shí)退火；對(duì)組織粗大原材料進(jìn)行晶粒超細(xì)化處理等措施，能有效抑制高速鋼脆性萘狀斷口形成，避免產(chǎn)生淬火裂紋。
??? 4? 鍛件端面裂紋與模具設(shè)計(jì)不當(dāng)淬火裂紋
??? 端面裂紋短而淺，多產(chǎn)生于拔長和倒角鐓粗過程。因原材料中心有組織疏松、孔隙、氣孔、碳化物剝落和嚴(yán)重偏析；鐓拔過程重?fù)?、連擊和大變形量引起“熱效應(yīng) ”，使鍛件心部溫度急劇升高，導(dǎo)致組織過熱、過燒、晶粒粗大，急劇降低材料強(qiáng)韌性，增加脆性；鍛坯端面接觸下砧時(shí)間過長，表面溫度降至相變溫度以下，熱塑 性差，變形抗力大等因素，將導(dǎo)致鍛件端面裂紋形成。
??? 當(dāng)模具設(shè)計(jì)不良，厚薄懸殊不均勻，有棱角銳邊、尖角、切槽、凸臺(tái)等形狀突變，易產(chǎn)生切口效應(yīng)；冷切削加工表面粗糙，刀紋較深、碰傷和打印記等處，均會(huì)導(dǎo)致 淬火時(shí)應(yīng)力集中，從而誘發(fā)淬火裂紋；淬火前冷加工時(shí)存在較大內(nèi)應(yīng)力，尤其是經(jīng)磨削加工模具有較大內(nèi)應(yīng)力未消除和淬火加熱與冷卻時(shí)形成多種應(yīng)力迭加，當(dāng)應(yīng)力 超過該材料強(qiáng)度極限時(shí)，便形成淬火裂紋。
??? 措施。材料入庫和投產(chǎn)前進(jìn)行化學(xué)成分和低倍組織檢查，合格鋼材方可投產(chǎn)；依據(jù)鍛坯熱塑性變形溫度，調(diào)整打擊力和打擊頻率，避免“熱效應(yīng)”反應(yīng)；鍛坯端面與 下砧接觸時(shí)間不宜過長，防止降溫至鍛造溫度以下；由鐓粗改為拔長時(shí)，先從坯料接上砧的端面開始，若發(fā)現(xiàn)端面有裂紋應(yīng)立即磨去后續(xù)鍛等措施，能有效避免鍛件 端面裂紋。
??? 改進(jìn)設(shè)計(jì)，形狀盡量對(duì)稱，布局應(yīng)合理，避免應(yīng)力集中，適于淬火和防止模具畸變；模具壁厚均勻化，厚處設(shè)工藝孔，薄處增加筋條，變化懸殊處制成斜坡；棱角、 直角、尖角和銳邊制成圓弧形，孔隙出口和入口倒角，變不勻稱為勻稱，變不對(duì)稱為對(duì)稱；冷切削加工應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求表面粗糙度，避免粗糙刀紋與打印記，以萬能 筆書寫代打印記，模具最終淬火前退火，消除冷加工內(nèi)應(yīng)力，采用分級(jí)淬火、等溫淬火等工藝措施，有效避免因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的淬火裂紋和畸變。
??? 5? 鍛件表面與內(nèi)部橫向裂紋及氫脆裂紋
??? 鍛件冷卻最快的棱角多發(fā)生方向與縱軸呈垂直分布表面橫向裂紋。因原材料表面有凹坑、氣孔、結(jié)疤、孔隙、折迭引起；錘砧圓角半徑過小，拔長時(shí)在側(cè)面形成清角 錘痕在棱角處重合，則在棱角處形成橫向裂紋。當(dāng)拔長進(jìn)給量過小而壓下量過大，易在表面形成折迭裂紋。鍛件內(nèi)部橫向裂紋靠近縱軸，方向與縱軸呈垂直分布，因 拔長送進(jìn)長度與鍛件厚度之比≤0.4時(shí)，在熱塑性變形區(qū)內(nèi)鍛不透，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過該材料強(qiáng)度極限時(shí)，便形成內(nèi)部橫向裂紋，一般此裂紋接近軸心。
??? 高速鋼酸洗、電鍍侵入鋼中初生態(tài)氫原子變?yōu)闅浞肿覽H2]時(shí)發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生巨大壓力，便在鋼的晶界形成顯微裂紋，便是氫脆裂紋。酸洗是金屬氧化物和酸的化學(xué)反應(yīng)，它使金屬氧化物變成可溶性鹽，脫離金屬表層，淬火高速鋼有強(qiáng)烈的酸洗氫脆龜裂傾向。通常用硫酸(H2SO4)和鹽酸(HCl)酸洗某些模具，化學(xué)反應(yīng)式：
??? FeO+H2SO4≒FeSO4+H2O
??? FeO+2HCl≒FeCl2+H2O
??? Fe+H2SO4≒FeSO4+H2↑
??? Fe+2HCl≒FeCl2+H2↑
??? 措施。徹底清除原材料表面缺陷；鍛件拔長時(shí)，其壓下量和進(jìn)給量協(xié)調(diào)均勻，送進(jìn)長度應(yīng)大于單面壓下量1.5～2.0倍；錘鉆圓角半徑適度和表面應(yīng)光滑；鐓后應(yīng)緩冷和及時(shí)退火消除應(yīng)力等措施，既有效消除鍛件表面和內(nèi)部橫向裂紋。