leometwu的部落格

*** 4.  這個冷速較慢, 是發生在鋼廠鍛塊球粒化調質的淬火過程. 不是在模具淬火過程.  -----我的看法, 最後面有照為證.    鍛塊冷速畢竟要遠小於一小塊中央挖通孔的模具. 台語講的: 用膝蓋想也知道, ---還用不到用腦袋想.

台灣某特殊鋼廠所生產的 2344. 吳老師希望大家"愛台灣", 也希望台灣鋼廠爭氣一點 ----原材料沒做好, 會害死後面一大堆人的---機械加工, 熱處理, 表面氮化, 大家都做白工. 

我的觀點: (上)1. 厚模具: CD裂面略先於裂面AB.  A(小圓圈中心) 為材料瑕疵.  2. 薄模具;  都從底部孔銳角起裂, 銳角+氮化 兩者合力所致,  然後又因材料韌性不佳, 故微裂迅速蔓延成破裂. 兩副模具破斷面都沒有疲勞破裂的紋路(海灘紋 beach marks) 表示都非常短命, 大概上線不久就破裂. 鋼廠報告說是疲勞破裂, 這是錯誤的說法.  這麼大的合金鋼廠, 裡頭沒有資深一點的冶金專業人員? 

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下: 輻射紋是驟裂的特徵, 輻射中心為破裂起源點. 找出起源點後, 再來就是要探討為何破裂從此處出發. 通常 從材料內部起源的只是材料瑕疵問題, 較無爭議. 起源點在外表的就複雜了: 材料瑕疵, 製程, 銳角, 表面改質都有貢獻, 常常是好幾個因素加總起來的結果 此時就不易界定哪個因素貢獻的成數(%).
 
 

上:輻射中心 自材料內部往外散開.----> 材料問題. 下: 自尖角裂出---- 1.尖角氮化脆化+ 2.尖角應力集中+ 3. 材料韌性差 + 4. 模具為何往上彎折(太薄?), 使下表面產生彎曲力矩? (此彎曲力矩 引發 拉應力) ; 1, 2, 4 是表面微裂起源的貢獻因素. 3, 4 是破裂迅速擴張的貢獻因素.

上: 氣体氮化的"尖角效應" 使尖角脆化, 應倒角--圓弧更好-- 越大越好, .  以降低應力集中效應. 氮化後用氣動砂輪把脆化的尖角磨掉(切莫以善小而不為), 可以為模具添壽----因為從銳角起裂的機率被排除了. 希望當事者聽得下去. 模具壽命不是只看材料與熱處理. 其他的方方面面(銳角設計, 氮化脆化)也都要注意.

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上下照片: 格子狀黑影區域(格線)為鑄錠樹枝晶最後凝固處, 為高碳區' .   (格內)淺色區為低碳區. 這是鋼廠內 鑄錠的"均質退火"時間不足所得結果. 高碳區內很多"線蟲般"的碳化物是素材遺留(或遺傳)下來的. 材料內部韌性低, 主要是此偏析引起的. 2344 含碳量 ~0.40%, 這是平均值, 偏析嚴重時, 低碳區可低到0.25~ 0.30%, 高碳區可高到0.50~0.60%,  所以高碳區會有許多碳化物出現(多在舊晶界上, 但舊晶界大半看不出來, 只能看到線蟲般的碳化物薄膜).  這模具以鹽浴淬火, 冷速夠快,  所以大部份新晶界(細黑線)上都沒有碳化物薄膜析出, 高碳區上新晶界或許可找到一點碳化物薄膜, 但如果有的話, 也是因為素材偏析嚴重的"遺害", 不能怪罪熱處理廠.   請參考 未分類資料夾內 "樹枝晶偏析 續2" 一文. 與 冷模鋼資料夾內 "素材 晶界碳化物 作祟 (一), 參考其中 老晶界 新晶界 的分辨.

素材晶界碳化物是"均質退火"時間不足 + 鍛後冷卻速度不足(因為鍛塊實在太大了!)"所產生. 此問題通常發生在大徑熱模. (>200mm漸有).  直徑越大越嚴重. 小直徑者很少有此問題.

可否消除素材晶界碳化物? 可! 只要加熱到 >1100  C x 2 ~ 3 小時 (均質退火, 或稱擴散退火), 即可將它們固溶入基地, 並且使化學成份平均一點,  使尖銳的枝晶間微縮孔變得圓渾一點.  但均質退火並不是熱處理廠的工作. 所以還是要靠鋼廠把"均質退火"做好, 才是正途.  B

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  此模具表面氣体氮化層的 白層太厚,  我認為對表面微裂的提早發生很有貢獻. 模面白層應以噴砂去除.   孔銳角處白層(比平面上更嚴重)如果先用氣動砂輪磨角去除白層 就不會自銳角處起裂. 孔 銳角脆化, 可參考 TDAC 氮化一文, 有銳角金相照片可供參考. 下: 白色細線是晶界氮化物 從它們可看出淬火後晶粒粒度.淬火所得晶粒度: ASTM No. 7;  標準. ----- 7號粒度是模具鋼最低要求.

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 E: 輕蝕

上: 小黑點是 夾雜物坑洞 (inclusion pits)

高碳區有晶界碳化物, 強度韌性低劣, 對裂口進行毫無抵抗, 所以鍛沒幾下就破裂了. 注意縱向強度韌性太受晶界碳化物影響. 橫向則大受影響 所以橫向強度韌性低劣 ,所以模具像劈木材一樣, 破裂成好幾塊.

鍛造力量是否也超載. 吳老師從金相上看不出.

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高碳區除了素材遺留下來的線虫般的碳化物, 也佈滿碳化物微粒, 這微粒是淬後高溫回火所析出.

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下: 中間那顆大白石子是碳化物. 它是枝晶凝固最終點---碳濃度超高, 所以直接聚出此顆粒碳化物. 大陸稱之為 "液析碳化物"---從液相析出的碳化物. 它周圍線蟲狀碳化物則是由凝固時的枝晶界(老晶界)附近晶粒(富碳區)析出的碳化物--(過飽和A固溶体降溫時的析出). 細黑線是模具淬火時所生的 新晶界 (其上並無碳化物析出) .  鋼廠檢驗報告說晶界碳化物是熱處理廠冷速不足, 這是嫁禍於人的說法(我看起來並非故意, 而是學識不夠), 其實這種晶界碳化物是鋼廠自己在鋼錠鍛後或鋼錠調質作業之冷速不足所生..後面還有一篇 (續)

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