为什么锻件在锻造后的冷却过程中会出现缺陷？

锻造后冷却是指锻造完成后从最终锻造温度冷却到室温的过程。如果锻造零件的冷却方法选择不当，在实际生产中，一些锻件有时可能会出现裂纹，甚至报废。因此，重要的是要注意锻造后冷却方法的选择。对于由普通钢制成的小型锻件，锻造后可以直接放置在地面上进行空气冷却。对于合金钢锻件或大型锻件，应根据合金元素含量和横截面尺寸确定适当的冷却规格。否则，容易出现各种缺陷。锻造后冷却过程中常见的缺陷包括裂纹、白点和网状碳化物。

1.裂缝

锻造零件的冷却裂纹是由冷却过程中产生的内应力引起的。根据冷却过程中产生内应力的原因，有温度应力、组织应力和残余应力。温度应力是由于冷却过程中内外温度差异导致锻件收缩不一致造成的。在冷却的初始阶段，表面迅速冷却，表面收缩受到芯部的阻碍，导致表面产生拉应力，芯部产生压应力。随着冷却的继续，如果锻件由低电阻的软钢制成，表面的轻微塑性变形可以缓解表面拉应力。在冷却后期，表面温度降至室温，芯部温度高，继续收缩。表面会阻碍芯部的收缩，导致表面产生压应力，芯部产生拉应力。对于具有高抗变形性的硬钢，在初始冷却阶段，表面拉应力不会松弛。在后期冷却阶段，芯部收缩在表面产生的额外压应力只能减少部分表面拉应力，不会改变温度应力的方向。因此，表面仍处于拉伸应力下，芯部处于压缩应力下。

组织应力是指锻件在冷却过程中相变产生的应力，发生在不同的时间和不同的相体积。例如，马氏体的比体积大于奥氏体的比体积。当锻件表面冷却到马氏体相变温度时，表面首先经历马氏体相变，而核心仍处于奥氏体状态。因此，锻件表面的体积膨胀受到型芯的约束，由此产生的组织应力是表面压应力和型芯拉应力。但是当心脏发生马氏体相变时，心脏的体积会膨胀并被表面阻挡，导致表面产生拉应力，心脏产生压应力。在实际生产中，锻件尺寸越大，导热系数越低，温度应力和组织应力越大。

残余应力是指锻件在成形过程中因变形不均匀和加工硬化而产生的应力，这种应力不能通过再结晶软化及时消除，而是在锻造后残留在锻件中。当这三种应力的叠加超过钢的强度极限时，锻件的相应部位会出现裂纹，如内部裂纹和表面外部裂纹。因此，锻造零件不能随意冷却。

2.白点

锻造后冷却不当可能会导致白点，这是由锻件内钢中的氢和内应力共同作用形成的极小脆性裂纹。这些白点在钢的纵向断裂面上表现为圆形或椭圆形的银白色斑点。合金钢中的白点颜色鲜艳，而碳钢则颜色较深。白点的大小从几毫米到几十毫米不等。从显微镜观察来看，在白点附近的区域没有发现塑性变形的痕迹。因此，白色斑点是纯脆性的。白点不仅会导致机械性能急剧下降，还会导致零件在热处理淬火过程中开裂，或在使用过程中因延迟损坏而突然断裂。因此，锻件中不允许有白点缺陷。白点在珠光体和马氏体结构的合金钢中更常见，在碳钢中程度较轻。在奥氏体、铁素体结构和马氏体合金钢中很少发现白点缺陷。为了防止白点缺陷，在热处理过程中可以在铁素体区域进行等温处理，以使氢气逸出。

3.网状碳化物

过共析钢和高碳含量合金钢的最终锻造温度较高，在锻造后的缓慢冷却过程中，特别是在间歇缓慢冷却期间，奥氏体会析出大量的二次碳化物。由于碳原子的高活性和足够的时间扩散到晶界，网状碳化物将沿着奥氏体晶界形成。当网状碳化物严重时，使用一般的热处理方法很难消除它们，这降低了材料的冲击韧性。热处理淬火通常会导致开裂。

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