21-4N材料氣門電鐓裂紋控制

■ 張世文，夏彩霞，吳軍偉

氣門原材料屬于細長桿件，在電鐓機上電鐓加熱成蒜頭狀，然后放在壓力機上進行鍛壓。在加熱過程中，由于加熱不當常引起氧化、脫碳、過熱、過燒、裂紋等缺陷。前兩種是加熱過程中常見現象，在后續機加過程中可去除。后三種影響產品的力學性能或報廢。我廠原來的21-4N產品，電鐓加熱過程中經常出現裂紋造成產品報廢，給工廠造成了很大的經濟損失。

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，當達到變形溫度時，加熱段變形聚料，同時會推出一節新棒料處于電極間以重復上述變形過程（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，經檢測金相組織出現了晶界裂紋；來料外表面有拉傷，在加熱過程中擴展成裂紋（見圖2）；加熱溫度過高（1200～1260℃），導致過熱或過燒。過熱會造成不良的鍛件組織，導致鍛件強度和韌性降低。過燒的毛坯進行鍛造時，輕則在表面引起網狀裂紋，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力，對于鋼材的內部殘余應力，以及具有相變毛坯的表層與心部相變不同時形成應力等都可能產生毛坯心部裂紋；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℃。調整加熱參數和油壓參數，用紅外線溫度檢測儀檢測控制在鍛造溫度范圍。設置延時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，對原材料進行檢測，利用調整加熱參數和液壓參數，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：

[1] 高錦張.塑性成形工藝與模具設計[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1998.