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　　　DC53元素　冶金技术对模具钢大锻件质量的影响

　　

　　　　在制造业中，除了在生产过程中直接以铸态使用而不发生热变形的铸铁件和铸钢件外，任何机械零件在热处理前的制造过程，无论其尺寸大小，都是炼钢、铸造(铸锭)和热变形(锻造、挤压、轧制等)。对于大锻件，冶金因素的影响是指冶炼、铸锭和锻造过程中产生的缺陷，如偏析、非金属夹杂物、疏松气孔、锻件内部裂纹等。，从而影响其质量。冶金技术对大锻件质量的影响是:上述缺陷无法通过热处理消除，使大锻件热处理后难以达到力学性能要求。更严重的是，这些缺陷可能会扩散，甚至导致锻件在淬火过程中出现淬火裂纹。因此，热处理工作者应了解冶金因素对大锻件质量影响的本质，在制定热处理工艺和分析大锻件热处理质量问题时，充分考虑冶金因素的不利影响。

　　

　　　　熔炼质量对模具钢大锻件质量的影响

　　

　　　　冶炼优质钢水是保证大锻件质量的步。所谓优质钢水，除了满足化学成分要求外，主要特点是钢水纯度高，即尽量减少硫、磷等有害元素的含量，尽量减少非金属夹杂物和气体特别是氢气的含量。在实际生产中，先进的真空冶炼、真空脱气、钢包精炼、自耗电极重熔、真空浇注、电渣重熔等。应根据大锻件的使用条件和性能要求进行选择(具体冶炼工艺不再赘述)。但无论采用何种冶炼方法，都必须尽可能提高钢水的纯净度，尤其是对锻件质量有重大影响的非金属夹杂物和气体的含量要降低。对于重要的大锻件，也要求在降低氧含量的基础上降低硅和锰的含量。

　　

　　　　钢中的非金属夹杂物

　　

　　　　(1)非金属夹杂物及其特征

　　

　　　　非金属夹杂物通常是指存在于钢等金属材料中的非金属化合物。对于钢来说，是指在冶炼和铸锭过程中混入钢液中的难熔氧化物、炉渣和脱氧、脱硫等化学反应产物，后者是钢中夹杂物的主要来源。

　　

　　　　非金属夹杂物大致可分为:

　　

　　　　1)肉眼可见的尺寸在dc53钢材的耐腐蚀1毫米以上的宏观夹杂物，如夹渣。可用超声波探伤检测。

　　

　　　　2)用金相方法可以检测出1~10-4 mm大小的显微夹杂物并分级。

　　

　　　　3)超明显的包裹体，尺寸小于10-4毫米，难以用光学显微镜检测。

　　

　　　　锻造等热变形后，夹杂物也会变形。根据其变形特征，包裹体可分为三类:

　　

　　　　1)经过锻造、轧制等加工后的塑性变形，如硫化物、多磷酸盐硅酸盐等，在延伸方向上以长条形式存在于钢中。

　　

　　　　2)锻轧后颗粒分布不连续，以氧化物为主。

　　

　　　　3)锻造轧制时不变形的大部分是氯化物和氮化物，分布在不规则的点上。

　　

　　　　(2)钢中非金属夹杂物的危害

　　

　　　　1)热处理过程中不能消除夹杂物。锻件在加热和冷却时，由于dc53钢材的密度是多少夹杂物和母材的热膨胀特性不同，它们之间会产生很大的热应力，据某些计算可达754~1215MPa。这种热应力的大小还与夹杂物的类型、大小和形状有关，其中氧化铝夹杂物产生的热应力更大。显然，这种热应力会对大锻件的热处理性能和产品的使用性能产生负面影响，甚至使锻件淬火开裂。对于大锻件，由于氢扩散到夹杂物间隙和热应力，也可能出现白点。

　　

　　　　2)非金属夹杂物在热处理过程中会从过饱和固溶体中结晶析出，例如某些硅酸盐会由不稳定相变为稳定相。夹杂物的这种变化肯定会损害大锻件的热处理性能。

　　

　　　　3)非金属夹杂物破坏基体金属的连续性，相当于锻件内存在空洞和裂纹。在热处理过程中，特别是淬火过程中，与夹杂物相邻的基体金属和夹杂物本身会发生应力集中，导致微裂纹的形成。此外，由上述基体金属和夹杂物的不同热膨胀性能引起的热应力不仅使锻件的机械性能恶化，而且在严重情况下还会使锻件开裂。

　　

　　　　夹杂物对锻件力学性能的影响与夹杂物的类型、尺寸、形状和分布、物理性能和钢种有关，其影响规律大致如下:

　　

　　　　1)静态拉伸试验中，夹杂物对纵、横向试样的拉伸强度和屈服强度影响不大，但明显降低了塑性，尤其是横向试样的面积收缩。

　　

　　　　2)夹杂物对缺口试样的冲击值影响很大，其规律类似于对面积收缩的影响。MsS、硅酸锰等易延伸的细长夹杂物影响较大。

　　

　　　　3)夹杂物对疲劳性能影响很大。一般来说，随着夹杂物数量和尺寸的增加，钢的疲劳强度，尤其是横向试样的疲劳强度也随之降低。夹杂物的平均直径越大，钢的疲劳强度越低。

　　

　　　　此外，在机械零件断裂等一些失效案例中，发现非金属夹杂物往往是零件失效的失效源，如轧辊剥落失效。因此，提高冶炼质量，即提高钢的纯净度，减少夹杂物，尤其是大尺寸夹杂物，对大锻件尤为重要。

　　

　　　　钢中气体

dc53材料元素　　

　　　　在炼钢过程中，氢、氧、氮等气体会溶解在钢水中，导致成品钢中残留一定量的气体。

　　

　　　　在固态钢中，氢以质子状态溶解存在于钢中，也可能以分子状态或氢化物形式存在。氮和原子态溶解在钢水中，在固态钢中主要以氮化物的形式存在。氧在钢水中主要以FeO的形式存在，也可能以原子或阴离子的形式存在；而在固态钢中，它以氧化物的形式存在。

　　

　　　　(1)钢水中气体的来源

　　

　　　　1)入炉材料(废钢、生铁、铁合金、造渣材料等)).炉料中固有的气体、水分的分解和铁锈等杂质的热分解会使大量的氢、氧、氮溶入钢、铁合金和合金添加剂(镍、铝等)中。)会把更多的氢带入钢中。

　　

　　　　2)由炉气带入。H2O、H2、N2，炉气中的O2和CO2通过炉渣或直接溶解在钢水中。

　　

　　　　3)由钢包、锭模、保温帽等耐火材料带入。

　　

　　　　4)被钢水周围的气体溶解。

　　

　　　　(2)气体对模具钢大锻件质量的影响

　　

　　　　残留在钢锭和锻件中的氧和氮主要以氧化物和氮化物的形式存在，即非金属夹杂物，因此它们对锻件性能的影响就是上述夹杂物的影响。氢是钢中更有害的气体，锻件中残留的氢是形成白点的主要原因，也使钢产生氢脆。可以看出，钢锭和锻件中的气体含量应该从冶炼过程中尽可能减少。

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