Analyse von Querrissen im Schmiedestück von Stützwalzen

Risse sind derzeit ein wichtiges Thema, das die Entwicklung der Schmiedeproduktion und die Qualität der Schmiedestücke beeinflusst, und stehen auch im Mittelpunkt der Forschung und Diskussion in der Schmiedeindustrie. Mit der Forschung an neuen Materialien und Schmiedeprozessen zeigen Risse beim Schmieden auch viele verschiedene Formen, wie dichte Risse, Längsrisse und Querrisse. Im Jahr 2019 waren vertikale Risse beim Schmieden und Stauchen von VC schwerwiegender Stützwalzen Produkte, was die manuelle Reinigung erschwert. Durch die Optimierung des Produktionsprozesses, die Verbesserung der Einschlusskontrolle und die Verbesserung der Oberflächenqualität des Stahlbarrens wurden die Risse deutlich verbessert, aber das Problem der Querrisse besteht im Schmiedeprozess weiterhin.

Der VC des Unternehmens Stahlbarren werden mit Erdgas erhitzt, mit einer Heiztemperatur von 1240 bis 1260 °C. Die Tonnage von VC-Stahlbarren ist relativ groß, im Allgemeinen mehr als 50 t. Er wird mit drei Bränden geschmiedet, wobei der erste Brand die Klammer anhebt und drückt; der zweite Brandpfeiler wird verdickt und verlängert.; Der dritte Brand fertigt das Produkt. Im Allgemeinen treten nach dem zweiten Brand dichte Querrisse auf der Oberfläche von VC-Stahlbarren auf, und sie sind auf einer Seite der Oberfläche deutlicher zu erkennen. Während des Aufrauprozesses sind solche Risse jedoch nicht zu erkennen. Nach der Verlängerung durch den zweiten Brand sind die dichten Risse auf der Oberfläche des Stahlbarrens wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Der Zustand dichter Risse auf der Oberfläche eines Stahlbarrens

Der Stahlbarren wurde im zweiten Feuer geschmiedet, in den Ofen geladen und geglüht, anschließend wurde die Oberfläche beprobt und geprüft.

Prozessüberprüfung

Es wird allgemein angenommen, dass das Auftreten von Querrissen oder Flächenrissen in direktem Zusammenhang mit zwei Aspekten steht.

1) Wenn die Restelemente den Standard überschreiten, einschließlich Cu und As usw., treten während des Stauchens oder Ziehens bereichsweise Risse auf. Daher wurden die Bereiche mit schweren Rissen beprobt und die Ergebnisse der Spektralanalyse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 Ergebnisse der Spektralanalyse schwerwiegender Rissbereiche (Massenanteil) (%)

Nach der Prüfung der chemischen Zusammensetzung wurden keine offensichtlichen schädlichen Elemente gefunden, die den Standard überschreiten.

2) Überbrennen durch zu hohe Schmiedetemperatur. In der Anfangszeit gab es in der Schmiedebranche ernsthafte Probleme mit Längsrissen, die durch einseitiges Überbrennen während des Erhitzungsprozesses des Stahlbarrens verursacht wurden. Der Stahlbarren erlitt nach dem Schmieden erhebliche Verluste. Während des Stauchprozesses dieses Stahlbarrens wurden jedoch keine Risse festgestellt, und bei der Nachkontrolle wurde festgestellt, dass die Heiztemperatur den Standard nicht überschritt.

Schmiedetechnologie von Schnellarbeitsstahl

Metallografische Analyse

(1) Erkennen Sie die metallografische Phase an der normalen Position, an der sich keine Risse auf der Oberfläche des Stahlbarrens befinden. Die Tiefe des polierten hellen Flecks beträgt 1 bis 2 mm. Die Struktur besteht aus Perlit + einer kleinen Menge Karbid, und es wurden keine Einschlüsse gefunden, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Bild 2 Metallografische Untersuchung rissfreier Stellen auf der Oberfläche

(2) Fehlerort: Erkennen Sie die metallografische Struktur im Bereich mit starken Rissen auf der Oberfläche des Stahlbarrens (insgesamt 3 Punkte). Die Tiefe des polierten hellen Flecks beträgt 4 bis 5 mm. Die Struktur ist Ferrit und es wurden keine Einschlüsse gefunden, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 Metallografische Strukturerkennung in schweren Bereichen

Bei der metallografischen Untersuchung vor Ort wurde festgestellt, dass das gesamte Sichtfeld aus einer Ferritstruktur bestand, keine Perlitstruktur gefunden wurde und die Tiefe der Entkohlungsschicht offensichtlich tiefer war als im Normalbereich.

(3) Probenentnahme der Fehlerstelle: Die Probenentnahme erfolgte im Bereich mit schweren Rissen auf der Oberfläche des Stahlbarrens. Die Stelle ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Oberflächenrisse im Stahlbarren

An der entnommenen Probe wurde eine metallografische Untersuchung mit hoher Vergrößerung durchgeführt, wie in Abbildung 5 dargestellt. Der markierte Bereich weist eine Ferritstruktur auf. Verwenden Sie zum Messen ein Lineal. Wie in Abbildung 6 dargestellt, weist die Ferritstruktur in der Nähe des Risses (der helle Punktbereich in Abbildung 5) eine Tiefe von 9 bis 10 mm und eine Breite von etwa 10 mm auf.

Abbildung 5 Der markierte Bereich ist eine Ferritstruktur

Abbildung 6 Tiefe der Ferritstruktur

Beim Vergleich der beiden Bilder in Abbildung 7 und Abbildung 8 ist zu erkennen, dass die Größe des Ferritgewebebereichs auf beiden Seiten des Risses deutlich unterschiedlich ist. Mit Ausnahme des in Abbildung 5 (rote Linie) markierten Bereichs, der die Ferritstruktur darstellt, weisen die anderen Bereiche eine Perlitstruktur auf. Die Metallografie der Probe zeigt, dass die Korngröße des Ferritbereichs 6 bis 10 Stufen beträgt. Erkennen Sie die helle Flecktiefe der Ferritstruktur auf der Oberfläche des Stahlbarrens erneut, polieren Sie ihn auf 10 bis 12 mm und erkennen Sie die Perlitstruktur.

Abbildung 7 Mikrostrukturänderungen an der Rissstelle

Abbildung 8 Ferritstruktur

Elektronenmikroskopische Analyse

Nachdem die rechte Seite des Risses (im unteren Teil durch die schwarze Linie markiert) zerkleinert wurde, wird die mikroskopische Morphologie der Bruchfläche erkannt, wie in Abbildung 9 dargestellt. In Abbildung 9 ist zu erkennen, dass der metallische Glanz des Perlitstrukturbereichs und des Ferritstrukturbereichs deutlich unterschiedlich sind. Führen Sie eine Elektronenmikroskopieuntersuchung der Bruchstelle durch, wie in Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 9 Rissmorphologie

Abbildung 10 Bruchstellenerkennung

Die Bruchfotos zeigen, dass in Abbildung 10a eine steinähnliche Bruchmorphologie vermutet wird. In Abbildung 10b ist im Perlitbereich keine Spaltstruktur am Bruch zu erkennen, der Bruch zeigt jedoch Anzeichen einer Passivierung.

Analyse

1) Auf der Seite mit den schwerwiegenden Querrissen auf der Oberfläche des Stahlbarrens wurden durch Metallographie vor Ort insgesamt 5 Punkte festgestellt (2 Punkte an der normalen Position und 3 Punkte an der Rissposition). Es wurde festgestellt, dass die beiden Punkte an der normalen Position alle Perlitstrukturen sind, während die drei Punkte an der Rissposition alle Ferritstrukturen sind, was darauf hinweist, dass die Oberflächenschicht des Bereichs, in dem Querrisse auf der Oberfläche des Stahlbarrens vorhanden sind, eine Ferritstruktur aufweist.

2) Die Bruchfläche der Probe weist eine Spaltstruktur auf, die keine spröde Bruchfläche darstellt, und sowohl die Ferrit- als auch die Perlitbereiche weisen Anzeichen einer Überhitzung auf.

3) Die bei der metallografischen Untersuchung in den Rissen gefundene Oxidschicht kann durch schlechte Fließfähigkeit aufgrund von Problemen mit der Oberflächenstruktur des Stahlbarrens während des Aufrauprozesses verursacht werden. Bei der anschließenden Dehnung kann ein Teil der Oxidschicht in die Risse gedrückt werden.

Abschluss  

Im Bereich der Querrisse auf der Oberfläche des Stahlbarrens befindet sich eine 10 mm tiefe Ferritstruktur, und die Hochtemperaturschmiedeleistung ist schlecht, was zur Bildung dichter Querrisse auf der Oberfläche führt. Der Hauptgrund dafür ist, dass zwischen den entsprechenden Positionen des Stahlbarrens und des Brenners und der lokalen Atmosphäre des Ofens eine gewisse Beziehung besteht. Es ist notwendig, die Position des Stahlbarrens zu standardisieren und die Gleichmäßigkeit der Ofenatmosphäre regelmäßig zu prüfen.