高速钢锻造缺陷及其防止措施分析
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[摘 要]高速钢属于莱氏体钢，其主要特点是具有较高的红硬性，即工作温度达到600℃左右时仍能保持较高硬度和良好的切削性，因而成为一种用途广泛的刀、模具材料。但由于其变形抗力和硬化倾向性大，塑性低，因而在锻造过程中容易产生各种裂纹。本文对如何解决上述问题进行了探讨。
[关键词]高速钢 缺陷 措施
中图分类号：TE356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0280-01
1 概述
许多刀具采用高速钢材料。高速钢的相主要是由a铁的固溶体和复合碳化物所组成，金属在结晶过程中通常产生三种碳化物。共晶初生碳化物。二次碳化物及共析三次碳化物。共晶碳化物呈粗大鱼骨状。二次碳化物大都沿晶界析出呈网状分布，呈脆性。因而，碳化物的尺寸大小及分布对刀具，特别是刀刃部分的红硬性、耐磨性和淬火变形都产生影响。从而直接影响刀具的寿命和尺寸精度。所以，根据刀具的工作条件、精度要求、几何尺寸，对碳化物的不均匀程度都有相应的要求和规定。
碳化物级别的改善不能通过热处理方法实观。只有采用锻压方法来达到。一般高速钢刀具毛坯均采用轧材。轧制尚不能充分改善碳化物的偏析情况，只能使其成为带状的长条结构，所以还需锻造，目的是粉碎大块的网状共晶碳化物和改变条状分布。并获得刀具毛坯的外形尺寸。
锻造时，对碳化物级别起影响的主要是变形程度（用锻造比表示）和锻造方法。常用的锻造方法有单向镦粗、单向拔长、轴向反复镦粗、径向十字锻造和综合锻造法等多种。根据原材料和刀具的工作条件，合理选用锻造方法和锻造比就可使刀具工作部分的碳化物达到所要求的细化均匀分布程度。关于锻造方法和锻造比的选取，可从一般教材和手册上查到，此处不再赘述。
如上述，通过合理选择锻造方法和锻造比可以改善材料碳化物级别，但在锻造过程中，如果操作不当常会产生各种缺陷和废品。常见的有：对角线裂纹、中心裂纹、表面横向裂纹、表面纵向裂纹等（如图l所示）。这些缺陷，有的是由于加热或原材料本身缺陷等冶金原因，然而有很多是由于力学原因造成的。由于对这方面认识不足。在生产部门常常被一概地归因于材料不好而加以忽略，造成不应有的损失。从力学来分析，碎裂是由于一次锤击下变形量超过材料塑性极限所致，表面横向和纵向裂纹主要是由于拔长时送进量过小，十字裂纹则是由于送进量过大和在同一部位反复重击而引起的，造成中心裂纹的原因稍复杂，本文着重分析其原因，并进而对现行操作方法提出改进方案。
2.1 对角线裂纹
因原材料有中心疏松和碳化物剥落等缺陷聚集扩展形成粗糙对角线裂口：锻坯加热温度过高。出现粗晶组织，降低钢材强韧性。锻坯温度过低。材料热塑性差，变形抗力大；拔长操作时送进量过大，引起锻件横向展宽塑性变形过度等因素，引发锻件对角线裂纹。高速钢过热、过烧组织引发淬火裂纹―― 因晶粒显著粗化。出现碳化物粘连、角状和拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状和连续网状分布；钢组织内部局部熔化，出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过热组织。显著降低钢的强韧性，易应力集中，是引起淬火裂纹的主要因素。因淬火加热温度过高，控温仪表失灵；原材料存在大量角状碳化物和碳化物不均匀度等级太高。易产生大的应力集中等上述原因，均会导致淬火裂纹。
措施。依据锻坯对角线区域温度变化调整锤击频率。避免因“热效应”造成塑性变形区温度过高：拔长时送进长度与坯料高度之比≯1，可减少横向展宽和防止同一部位连续重击、连击，压下量应适度，断面尽量方正和选用合适的锻压设备等措施.可有效避免锻件对角线裂纹。
2.2 锻件中心裂纹
锻件中心裂纹在圆截面心部，裂口深而宽，呈平行纵轴分布，常在机械加工车内孔时发现。因原材料心部组织疏松、孔隙、夹杂、偏析和粗大块状共晶碳化物等缺陷：滚圆过程产生大的横向拉应力和扩大了方截面倒棱与拔长时形成的初生裂纹；锻造温度过高和始锻温度时重击、连击及过大锻造比和变形量.导致发生“热效应”，促使心部组织过热、过烧和局部熔化所致。
措施。严格原材料入库和投产前表面与内部质量检查，合格后方可投产；预先铆锻，使锻坯呈两头粗、中间细腰鼓状再镦粗、滚圆；拔长和倒棱时防止方截面产生中心裂纹等措施。有效避免锻件中心裂纹。
2.3 锻件表面与内部横向裂纹
锻件冷却最快的棱角多发生方向与纵轴呈垂直分布表面横向裂纹。因原材料表面有凹坑、气孔、结疤、孔隙、折迭引起；锤砧圆角半径过小，拔长时在侧面形成清角锤痕在棱角处重合，则在棱角处形成横向裂纹。当拔长进给量过小而压下量过大，易在表面形成折迭裂纹。锻件内部横向裂纹靠近纵轴，方向与纵轴呈垂直分布，因拔长送进长度与锻件厚度之比≤0.4时。在热塑性变形区内锻不透，产生较大拉应力，当应力超过该材料强度极限时，便形成内部横向裂纹，一般此裂纹接近轴心。
措施。彻底清除原材料表面缺陷；锻件拔长时。其压下量和进给量协调均匀，送进长度应大于单面压下量1.5―2.0倍；锤钻圆角半径适度和表面应光滑；镦后应缓冷和及时退火消除应力等措施，既有效消除锻件表面和内部横向裂纹。
2.4 圆锻件表面纵向裂纹
因原材料表面存在显微裂纹和锻造过程被拉长和扩展；矩形截面长、宽比过大，拔长时形成横向弯曲。导致宽侧表面产生细而浅。长短不一呈纵向分布的表面裂纹；锻件表面温度过低，热塑性急剧降低，塑性变形抗力大：锻后冷速过快和锻后室温停留时间过长等因素.均会导致锻件表面纵向裂纹。
萘状断口是高速钢常见组织缺陷，易引发淬火裂纹。其断口呈鱼鳞状，美似大理石，象萘一样闪光，断口极粗糙，晶粒可达 1mm，钢的脆性大，强韧性低劣。高温奥氏体化加热和淬火时应力集中大，导致产生淬火裂纹。当热、锻、轧或压延热加工时，经1050℃-1100℃高温奥氏体化热塑性变形在5%-10%临界变形和精锻温度不当及重复淬火时未经中间退火，或退火不充分等因素。均会导致高速钢形成脆性大的萘状断口，导致淬火时产生裂纹。
措施。锻前磨去原材料表面斑痕、氧化皮、微裂纹、折迭等缺陷，再经探伤合格后投产；拔长时，截面长、宽比≥3的锻坯。不得发生横向弯曲，出现后及时在高温下校直；锻后坑冷、灰冷、炉冷，或乘高温余热退火，避免产生延时裂纹等措施，能有效消除锻件表面纵向裂纹。
合理制订精锻温度，严格控制终锻温度在950℃- 1000℃之间和锻后缓冷与及时退火；对组织粗大原材料进行晶粒超细化处理等措施，能有效抑制高速钢脆性萘状断口形成。避免产生淬火裂纹。
结语
高速钢的锻造缺陷， 除了与锻造操作紧密相关外， 原材料质量低， 加热温度偏高、偏低，表面和中心金属加热不均， 火次或冷却不当， 锻锤吨位选择过大或过小， 以及对高速钢的改锻， 提出了过高的降低碳化物不均匀性级别的要求， 使锻造工作量增加太多等等， 均会在锻造时引起各种缺陷或增大产生裂纹的可能性。因此， 对每一缺陷产生的原因和条件，必须进行具体的分析，以便找出防止缺陷的方法。
参考文献
[1] 李跃军.高速钢锻造工艺分析[J].金属加工（热加工）.2010（05）.
[2] 黄敏.高速钢热处理特点分析[J].科技信息.2010（26）.