21-4N材料氣門電鐓裂紋控制

■ 張世文，夏彩霞，吳軍偉

氣門原材料屬于細(xì)長桿件，在電鐓機(jī)上電鐓加熱成蒜頭狀，然后放在壓力機(jī)上進(jìn)行鍛壓。在加熱過程中，由于加熱不當(dāng)常引起氧化、脫碳、過熱、過燒、裂紋等缺陷。前兩種是加熱過程中常見現(xiàn)象，在后續(xù)機(jī)加過程中可去除。后三種影響產(chǎn)品的力學(xué)性能或報廢。我廠原來的21-4N產(chǎn)品，電鐓加熱過程中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋造成產(chǎn)品報廢，給工廠造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

1. 電鐓原理

電鐓的基本原理是電阻加熱，在棒料長度方向上受力而發(fā)生聚料。低電壓大電流通過棒料，在不同速度下頂鐓成形。一個電極為夾爪，夾住棒料端部附近，與另一個相對的電極（稱為砧極）對坯料實行擠鍛。棒材的電阻在高電流通過時會在兩電極間加熱棒料。加熱棒料的同時通過液壓動力在長度方向上施壓，當(dāng)達(dá)到變形溫度時，加熱段變形聚料，同時會推出一節(jié)新棒料處于電極間以重復(fù)上述變形過程（見圖1）。

2. 原因分析

21-4N屬于奧氏體耐熱鋼，含合金元素量大，經(jīng)檢測金相組織出現(xiàn)了晶界裂紋；來料外表面有拉傷，在加熱過程中擴(kuò)展成裂紋（見圖2）；加熱溫度過高（1200～1260℃），導(dǎo)致過熱或過燒。過熱會造成不良的鍛件組織，導(dǎo)致鍛件強(qiáng)度和韌性降低。過燒的毛坯進(jìn)行鍛造時，輕則在表面引起網(wǎng)狀裂紋，一般稱之為“龜裂”；重則使毛坯破裂成碎塊。過燒的毛坯應(yīng)報度。

而裂紋是在毛坯加熱過程中，由于其表層與心部溫度的差異造成的溫度應(yīng)力，對于鋼材的內(nèi)部殘余應(yīng)力，以及具有相變毛坯的表層與心部相變不同時形成應(yīng)力等都可能產(chǎn)生毛坯心部裂紋；由于材料端部有毛刺，電鐓開始時接觸不良造成短路打火，燒損毛坯端面（見圖3）；由于電鐓加熱參數(shù)不匹配，蒜頭成臺階狀，在鍛打過程中形成圈紋（見圖4、圖5）。

圖1 21-4N材料在雙缸電鐓機(jī)上加熱

圖2 開裂

圖3 端面燒損

圖4 蒜頭成臺階狀

圖5 圈紋

3. 改進(jìn)措施

原材料金相檢測不能有晶界裂紋。來料檢查，挑選出有表面拉傷的材料。按材料鍛造溫度范圍，21-4N始鍛溫度1100～1150℃，不能超出1150℃。調(diào)整加熱參數(shù)和油壓參數(shù)，用紅外線溫度檢測儀檢測控制在鍛造溫度范圍。設(shè)置延時0.2s再加熱，保證接觸良好。桿端面平面改為圓弧球面（見圖6），保證材料漸漸接近均勻加熱，保證蒜頭形狀規(guī)則成橄欖狀（見圖7）。

圖6 端面加工成圓球狀

圖7 橄欖狀蒜頭

4. 實施效果

通過以上改進(jìn)措施，電鐓加熱過程中每爐（600件）只有3～5件有裂紋。實踐表明，對原材料進(jìn)行檢測，利用調(diào)整加熱參數(shù)和液壓參數(shù)，滿足鍛造溫度范圍，采用延時加熱等措施，基本上解決了電鐓加熱裂紋，21-4N材料氣門電鐓加熱裂紋是可以控制的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高錦張.塑性成形工藝與模具設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.