40Mn2鋼球鍛件缺陷分析及鍛造工藝優(yōu)化

　　摘要：由于中碳鋼在鍛件中所用工藝較為簡單易懂，在成本上也比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，經(jīng)過鍛件后整體性能較為適宜，所以40Mn2在鋼球鍛件生產(chǎn)行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。但在投入實(shí)際應(yīng)用后卻發(fā)現(xiàn)40Mn2經(jīng)過鍛造后，無法與實(shí)際需求相符合，還容易形成裂縫等缺陷。基于此，本文首先對40Mn2這種材料展開詳細(xì)介紹，其次分析40Mn2鋼球鍛件中存有哪些相關(guān)缺陷，最后表明40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝優(yōu)化途徑，希望能夠幫助鋼球鍛件生產(chǎn)商解決40Mn2鋼球鍛件缺陷問題。

　　關(guān)鍵詞：40Mn2鋼球;鍛件缺陷分析;鍛造工藝優(yōu)化

　　本文源自《科學(xué)與技術(shù)》，《科學(xué)與技術(shù)》雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、新疆阿勒泰地區(qū)科協(xié)主管，新疆阿勒泰地區(qū)科協(xié)主辦的學(xué)術(shù)性期刊。

　　前言：磨球在我國改革開放之前就已經(jīng)存在，當(dāng)時(shí)有很多相關(guān)人士針對磨球材料與性能展開深入剖析，至今為止，磨球在我國已經(jīng)得到顯著優(yōu)化與加強(qiáng)。近幾年，我國有關(guān)于礦物破碎的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，對于磨球?qū)嶋H應(yīng)用情況開始越發(fā)普遍，在市場之中磨球所占地位也越發(fā)關(guān)鍵，目前，磨球材料已經(jīng)擴(kuò)展為上百種。但在這種趨勢下，各類行業(yè)對于磨球質(zhì)量有著更高標(biāo)準(zhǔn)，這就需要深入了解其中存有哪些缺陷，這樣才能對磨球鍛造工藝展開進(jìn)一步優(yōu)化。

　　一、40Mn2詳細(xì)介紹

　　近幾年我國市場對于鋼材質(zhì)量與性能有著很多要求，在市面中鋼材種類也開始越發(fā)多樣，而40Mn2就屬于其中一種。40Mn2屬于中碳鋼材料，其中存有諸多化學(xué)成分，如：銅、磷、錳、硫以及鎳等，這種材料強(qiáng)度、耐久、抗磨等多種性能較為優(yōu)良，具備一定可加工性，如今在螺栓、連桿等負(fù)載零件加工中較為常見。但40Mn2在鋼球鍛件鍛造中，自身強(qiáng)度與性能會(huì)隨之各種應(yīng)力所下降，這就需要通過有效途徑針對鍛造工藝展開適當(dāng)優(yōu)化。而且在40Mn2之中含有大量錳，雖然通過這些錳可以促使40Mn2強(qiáng)度與耐久得到增長，但如果含量過多就會(huì)導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性能降低，這時(shí)40Mn2在鋼球鍛件鍛造中，就會(huì)因?yàn)闇夭钭兓趦?nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力，最后40Mn2鋼球鍛件就會(huì)出現(xiàn)裂紋缺陷[1]。

　　二、40Mn2鋼球鍛件中缺陷的相關(guān)分析

　　在40Mn2鋼球鍛件之中，鍛件好壞可以決定磨球應(yīng)用年限與整體性能，一旦出現(xiàn)缺陷就容易導(dǎo)致以上因素受到影響。如今在40Mn2鋼球鍛件中常見缺陷有裂紋、脫碳以及氧化等，因裂紋在其中屬于常見且嚴(yán)重的缺陷之一，所以以下便針對裂縫缺陷展開詳細(xì)分析。通常當(dāng)40Mn2鋼球鍛件處于加熱或冷卻環(huán)節(jié)時(shí)，都會(huì)因?yàn)闇夭畛霈F(xiàn)一定應(yīng)力，這種應(yīng)力便會(huì)促使鋼球內(nèi)部或外部出現(xiàn)裂紋，最初裂縫一定處于微型狀態(tài)，經(jīng)過一系列應(yīng)力與壓力后，就會(huì)逐漸擴(kuò)展為大規(guī)模裂縫。而且在通過變形工藝對40Mn2鋼球展開鍛造時(shí)，除了工具與模具會(huì)對鍛件造成壓力與應(yīng)力外，還可能有多種因素產(chǎn)生其他壓力與應(yīng)力，如：在對鍛件展開變形鍛造時(shí)速度不夠穩(wěn)定、在對鍛件展開加熱鍛造時(shí)溫度不夠均衡等等。所以裂紋缺陷基本都是在內(nèi)部應(yīng)力與外部壓力雙重打擊下形成結(jié)果，40Mn2鋼球鍛件裂紋缺陷與變形工藝息息相關(guān)，變形速度、溫度、應(yīng)力等多方面都可以造成裂紋出現(xiàn)，站在宏觀角度裂紋缺陷形成原因有：材料性能、加熱工藝以及變形工藝等[2]。

　　三、40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝優(yōu)化途徑

　　1.加熱工藝優(yōu)化途徑

　　一般在40Mn2鋼球鍛件鍛造中，都會(huì)選擇感應(yīng)方式作為加熱鍛造工藝，但這種工藝會(huì)導(dǎo)致40Mn2材料在溫度變化中產(chǎn)生應(yīng)力，如果40Mn2材料自身在組織方面就存有缺陷，就會(huì)在這種應(yīng)力下形成微型裂紋，因此，在對40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要先行針對加熱工藝展開切實(shí)優(yōu)化。通常鍛造廠家會(huì)將加熱工藝頻率控制在1000hz左右，但在感應(yīng)加熱工藝中存有集膚反應(yīng)，如果可以針對加熱工藝頻率進(jìn)行優(yōu)化，便可促使40Mn2材料在加熱工藝中得到徹底鍛造。但由于大部分感應(yīng)裝置都存在材料加熱周圍，想要針對加熱頻率展開計(jì)算比較復(fù)雜，所以在對40Mn2鋼球鍛件加熱鍛造工藝展開優(yōu)化時(shí)，可以將平板材料作為計(jì)算基礎(chǔ)，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域之中平板可以當(dāng)成無限半徑的形狀，這樣在通過平板針對加熱頻率展開計(jì)算時(shí)就會(huì)更加簡單，因?yàn)槠桨鍖?shí)際厚度會(huì)比感應(yīng)加熱工藝深度較大，所以便可幫助相關(guān)人員確定加熱頻率，促使加熱鍛造工藝得到有效優(yōu)化。此外，由于40Mn2鋼球鍛件加熱工藝棒料直徑一般都在90mm左右，這種直徑越大選擇1000hz作為實(shí)際頻率就會(huì)太高，無法將棒料中所有材料徹底熱透，這樣在對鋼球鍛件展開后續(xù)操作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)諸多問題，因此，便可針對加熱頻率展開優(yōu)化，在降低加熱頻率同時(shí)增加加熱時(shí)間，這樣便可通過充足時(shí)間對棒料進(jìn)行滲透，避免40Mn2材料因沒有完全熱透或是因溫差產(chǎn)生應(yīng)力，而導(dǎo)致鋼球鍛件出現(xiàn)裂紋缺陷。

　　2.變形工藝優(yōu)化途徑

　　當(dāng)40Mn2鋼球鍛件通過鍛造體積處于較小狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋼球中所有晶粒處于較大狀態(tài)，再加上40Mn2材料在變形工藝中，整體方向和材料組織內(nèi)部情況不符或相反時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致40Mn2鋼球鍛件出現(xiàn)裂紋缺陷。為了切實(shí)解決這種裂紋缺陷，最好是針對40Mn2材料中組織缺陷展開優(yōu)化，但由于這些材料已經(jīng)繳納購買金，如果對其中組織缺陷展開優(yōu)化就需要重新購買材料，既會(huì)導(dǎo)致鋼球鍛件需要大量人力、財(cái)力以及物力，還會(huì)對鋼球鍛件生產(chǎn)速度造成限制，最終鍛造廠家便會(huì)在其中出現(xiàn)較大損失，因此，需要在材料無法優(yōu)化基礎(chǔ)上，針對40Mn2鋼球鍛件變形工藝展開切實(shí)優(yōu)化。在通過變形工藝針對40Mn2鋼球鍛件展開鍛造時(shí)，可以針對變形方向進(jìn)行優(yōu)化，簡單來講就是將變形方向從最初相反方向，變成與材料內(nèi)部組織垂直方向，這樣40Mn2鋼球鍛件就無法在鍛造之中出現(xiàn)裂縫，即便在其經(jīng)過加熱處理后出現(xiàn)一些微型裂紋，通過以上優(yōu)化便可促使這些微型裂紋重新連接到一起，保證40Mn2鋼球鍛件之中不會(huì)再次出現(xiàn)裂紋，或是裂紋不會(huì)在40Mn2鋼球鍛件之中朝向周圍擴(kuò)展。但如果40Mn2材料屬于圓柱形，實(shí)際高度比鋼球鍛件直徑更大，而且是通過胎模鍛造進(jìn)行成型時(shí)，如果針對變形工藝方向進(jìn)行優(yōu)化，40Mn2材料就無法在模具之中完成成型鍛造，因此，在遇到這種情況時(shí)，還需要針對40Mn2材料形狀展開優(yōu)化，在開始優(yōu)化之前確定模具形狀與大小，盡可能將40Mn2材料形狀控制在模具尺寸之內(nèi)，這樣才能保證其可以通過模具順利完成成型鍛造，從而在保證變形工藝方向與材料內(nèi)部組織方向處于垂直狀態(tài)，同時(shí)將變形鍛造工藝對40Mn2鋼球鍛件裂紋缺陷實(shí)際影響降到最小化[3]。

　　結(jié)束語：綜上所述，40Mn2雖然自身性能較為優(yōu)良，但容易在回火階段出現(xiàn)脆性，這樣40Mn2整體性能就會(huì)有所下降，在完成回火進(jìn)行淬火后，就容易出現(xiàn)裂紋情況，這種情況對于磨球應(yīng)用產(chǎn)業(yè)影響較大，還會(huì)增加磨球生產(chǎn)成本精力。因此，如今在使用40Mn2材料開展鋼球鍛件時(shí)，最好先行針對其中缺陷展開縝密分析，這樣才能對鋼球鍛件缺陷展開針對性優(yōu)化。以上提出加熱與變形這兩種工藝的優(yōu)化途徑，以便減少40Mn2鋼球鍛件出現(xiàn)缺陷的可能性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]宋亞虎,趙學(xué)謙,王博.40CrMnMoA輥軸鍛件缺陷分析[J].大型鑄鍛件,2019, 187(1):43-45.

　　[2]孫偉領(lǐng),丁金根,邊翊.鋁合金控制臂鍛造工藝參數(shù)優(yōu)化與缺陷分析[J].鍛壓技術(shù),2019,44(05):29-34.

　　[3]曹福順,蘇繼偉,李林.大規(guī)格SAE4130鍛件白點(diǎn)缺陷分析[J].大型鑄鍛件, 2019(02):49-50.