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鋁鍛造中的白点成因

關于白點形成的理論較多,但比較有說服力而又能被實踐證明的是:白點是由于鋼中氫和組織應力共同作用的結果。這裏的組織應力主要指奧氏體轉變爲馬氏體和珠光體時形成的內應力,沒有一定數量的氫和較顯著的組織應力,白點是不能形成的。但是,若只是含氫量較高,而組織應力不大,一般也不會出現白點。例如,單相的奧氏體和鐵素體類鋼,因沒有相變的組織應力,就極少出現白點。
 
氫氣和組織應力是如何促使形成白點的呢?目前對這些問題的認識大致如下:
 
1)鋼中含有氫時,使鋼的塑性降低。當含氫量達到某數值時,塑性急劇地下降,造成氫脆現象。尤其當鋼內長時間存在應力的情況下,氫可以擴散到應力集中區(間隙溶解的氫原子有集中到承受張應力的晶格中去的傾向),並使其塑性下降到幾乎等于零。在應力足夠大時就産生脆性破斷。
 
例如25CR2NI2MO鋼含14.5CM3/100G的氫時,于900℃正火,600℃回火後的伸長率降至0.6%,斷面收縮率降至0;含7.84CM3/100G的氫時,淬火狀態的伸長率和斷面收縮率均降至0.20鋼含170CM3/100G的氫時,退火狀態的伸長率降爲0.2%,斷面收縮率爲0;含12.76CM3/100G的氫時,淬火狀態的伸長率和斷面收縮率均降至0;
 
2)煉鋼時鋼液中吸收的氫,在鋼錠凝固時因溶解度減少而析出。它來不及逸出鋼錠表面而存在于鋼錠內部空隙處。壓力加工之前加熱時,氫又溶于鋼中,壓力加工後的冷卻過程中由于奧氏體分解和溫度降低,氫在鋼中溶解度減少,氫原子從固溶體中析出到鋼坯內部的一些顯微空隙處。

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氫原子在這裏將結合成分子狀態,並産生相當大的壓力(當鋼中含氫量爲0.001%,溫度爲400℃時,這種壓力可高達1200MPA以上)。另外,氫與鋼中的碳反應形成甲烷(CH4),也造成很大的分子壓力。這一點被有的白點表面有脫碳現象所證實;
 
3)鋼坯在冷卻過程中因相變而造成的組織應力在一定條件下可達到相當大的數值(樹枝狀偏析愈嚴重、冷卻速度愈快、淬透性愈好的鋼,組織應力就愈大)。
 
因此,鋼氫脆失去了塑性,在組織應力及氫析出所造成的內應力的共同作用下,使鋼發生了脆性破裂,這就形成了白點。壓力加工過程中不均勻變形經起的附加應力和冷卻時的熱應力對白點形成也有一定影響。
 
鑄鋼因爲內部有許多較大的空隙,氫析出時不會造成很大的內應力,因此對白點不敏感。鐵素體和奧氏體類鋼因冷卻時無相變發生,不會有組織應力,所以一般也不出現白點。萊氏體鋼冷卻時雖有較大的組織應力,但可能是由于氫在這些鋼中形成穩定的氫化物和由于複雜的碳化物阻礙了氫的析出等原因,也不産生白點。
 
白點常常是鍛件冷卻至室溫後幾小時或幾十小時,甚至更長的一段時間後才産生的。例如,160MM的馬氏體類合金結構鋼方坯,冷卻後12、24、48H均未發現白點,直到72H才發現白點。另外,白點開始産生後,在以後的繼續冷卻和放置期間還不斷地擴大和産生新的白點。因此,檢查白點應在冷卻後再隔一段時間進行。
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