锻造起重机车轮锻件时钢的过烧与过热

在锻造起重机车轮锻件的过程中，钢的过烧与过热是两种常见的热处理缺陷，它们均与高温加热不当有关，但机理、表现及后果存在显著差异。以下是详细分析：

1. 过烧（Burning）

定义与机理

• 过烧是指钢在高温加热时（接近或超过固相线温度），晶界处发生氧化或局部熔化，导致晶界结合力丧失的现象。

• 通常在极高温度（如高于钢的熔点50-100℃）或长时间暴露于高温氧化性气氛中发生，晶界处低熔点杂质（如硫、磷）优先氧化或熔化。

表现特征

• 宏观：锻件表面出现龟裂、起泡或严重氧化皮剥落。

• 行车轮

• 微观：金相观察可见晶界氧化（呈现黑色网状结构）或晶界熔化（形成空洞或液相痕迹）。

• 力学性能：材料极脆，无法通过后续热处理修复。

后果

• 不可逆缺陷：过烧件必须报废，无法通过热处理或加工挽救。

• 安全隐患：若未被检测出，可能导致起重机车轮在服役中突然断裂。

2. 过热（Overheating）

定义与机理

• 过热指钢在锻造或热处理中加热温度过高（但低于固相线），导致奥氏体晶粒异常粗大，形成粗晶组织。

• 常见于加热温度过高或保温时间过长，尤其在含锰、钼等促进晶粒长大的合金钢中易发。

表现特征

• 宏观：锻件表面可能无明显异常，但断口呈粗晶状（如“冰糖块”断口）。

• 微观：金相显示奥氏体晶粒显著粗化（通常超过ASTM 3级），可能伴随魏氏组织。

• 力学性能：韧性、疲劳强度下降，但强度可能变化不大。

后果

• 可修复性：通过正火或多次正火+回火细化晶粒，恢复性能。

• 潜在风险：若未及时处理，可能演变为过烧或在后续加工中引发裂纹。

3. 过烧与过热的关键区别

4. 影响因素与预防措施

过烧的诱因与预防

• 诱因：

• 炉温失控（如热电偶故障）、燃料过剩导致局部高温。

• 高碳钢、高合金钢（如GCr15）因熔点较低更易过烧。

• 氧化性炉气（如O₂、CO₂含量高）加速晶界氧化。

• 预防：

• 严格控温：加热温度低于固相线（如亚共析钢≤1300℃）。

• 缩短高温停留时间，采用中性/还原性气氛加热炉。

• 定期校准测温设备，避免局部超温。

过热的诱因与预防

• 诱因：

• 加热制度不合理（如升温速率过快导致均热不足）。

• 锻压设备故障导致锻造温度区间偏高。

• 预防：

• 优化加热曲线：分阶段升温，控制终锻温度（如中碳钢终锻≥800℃）。

• 锻造后及时正火（如对40Cr钢采用920℃正火细化晶粒）。

• 采用细晶钢（如添加Nb、V等晶粒细化元素）。

5. 实际应用建议

• 工艺监控：

• 使用红外测温仪实时监测锻件温度，确保在安全区间（如起重机车轮用钢60Si2MnA加热上限1200℃）。

• 对关键部件进行批次金相抽检，重点关注晶粒度评级（要求≤5级）。

• 材料选择：

• 优先选用纯净度高、杂质（S、P）含量低的钢种（如电渣重熔钢）。

• 操作规范：

• 避免锻件在高温区长时间停留，锻造中断时需回炉保温而非直接空冷。

总结

过烧与过热均源于加热不当，但过烧是晶界的灾难性破坏，而过热仅是晶粒粗化。通过精准控温、优化加热制度及严格质检，可有效避免这两类缺陷，确保起重机行车轮锻件的可靠性与安全性。在实际生产中，建议结合材料特性与设备条件制定个性化工艺方案，并加强过程监控。