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阀体锻件表面缺陷分析

  本文主要介绍材料为4Cr10Si2Mo钢的柴油机阀体锻件。4Cr10Si2Mo属于铬硅钼马氏体阀门钢，有较高的热强性，合金元素含量高，导热性较差，锻造温度范围比一般材料窄，常被用于制作内燃机进气阀、轻负荷发动机的排气阀等。本文就锻件表面的微小线性缺陷进行分析研究。

  本次研究的材料规格为φ60mm×66mm，锻造温度为900～1100℃，锻后冷却方式为灰冷。缺陷位于阀体锻件的杆部，为线性缺陷且与原材料纤维流线一致，本次选取的缺陷部位化学成分符合GB/T1221要求，但沿条状缺陷横向切开，发现缺陷内有氧化，末端圆钝，继续观察发现两侧存在脱碳及整条缺陷两侧均存在脱碳。

  经分析，认为锻造温度900～1100℃、锻后冷却方式为灰冷的工艺合理。终锻温度和始锻温度都符合工艺要求，不存在因锻造过程温度低于终锻温度产生表面裂纹的问题。而锻后灰冷方式合理，也不会产生表面裂纹。

  通过该锻件解剖件的高倍检验，发现缺陷部位金属晶粒细小、均匀，无过热过烧痕迹。经缺陷部位的高低倍观察，发现缺陷末端圆钝，有汇流迹象，且缺陷内可见氧化，两边边缘部位有明显的氧化脱碳层，判定该缺陷为折叠。通常情况下，折叠是锻造过程中金属流动不合理造成，或者由两股或多股金属对流汇合形成的；或由一股金属急速大量流动将邻近部位的表层金属带着流动，两者汇合而形成；或由于变形金属发生弯曲、回流而形成；或部分金属发生局部变形，被压入另一部分金属内而形成。

  通过分析该锻件发现，坯料的金属分布不合理，在锻造过程中局部缺料，而其他部位多余料回流而形成了折叠。该锻件采用φ60mm的棒料成形，在终锻型腔中锤击成型时，由于坯料截面积大，初始锻造时无法与模具贴合，快速打击过程中金属流动不合理，从而造成两股或多股金属对流汇合，从而形成折叠。 

  对模具设计过程重新计算、分析，认为模具制坯型槽二次压弯角度较小，通过重新计算，增大了二次压弯角度，重新选择材料规格，最终选用尺寸为φ50mm的棒材。经过试生产，无表面缺陷，经磁粉探伤均合格。