钢材的内部缺陷对热处理工艺和性能的影响分析获奖科研报告

钢材的内部缺陷对热处理工艺和性能的影响分析获奖科研报告摘

要：钢材作为日常生活中不可缺少的材料，对零部件生产起到至关重要的作用。由于各个钢材制造企业对自身加工标准不尽相同，致使最终的钢材质量难以统一。为了解决这一问题，需要公司不断完善生产体系，还应当规范钢材的二次处理过程，防止出现难以解决的问题。同时还应当更好的优化钢材性能，针对钢材中可能出现的不足进行重点分析，并探究其在热处理环节可能造成的影响，提出相应的解决方案。

关键词：钢材;缺陷;预防措施

钢材是机械制造领域中最为基础的材料之一。但是在冶炼、锻造、加工等环节中，均有可能对其造成一定破坏。本文主要针对钢材自身问题进行深入论述，分析在热处理环节中可能出现的影响并给出相应的解决意见。

1材料的锻造比不足

金属材料在实际的锻造过程中是通过锻造比来描述形变情况，由于锻造完成后会在三个方向上均出现改变，因此通常选用变化最大的方向进行衡量。不管是开坯还是锻造处理，因为结晶的存在，均会造成材料缺陷。期望有效解决这些问题，就应当把控好锻造比，彻底去除柱状结晶等，保证钢材性能符合预期要求。

从具体的锻造环节来说，锻造比如果处于合理范围内，其同金属性能就存在正相关关系。不仅如此，确保充足的形变程度以及有效的形变模式才可以消除材料脆性并防止出现偏析问题。

2非金属夹杂物超标

通常存在的非金属杂质主要有以下两种：其一是在冶炼环节中，由于钢材中的气体、脱氧试剂以及相关合金元素进行了复杂的化学变化后，产生氧化物等杂质;其二是使用的耐火材料因为腐蚀原因会掉落到钢液之中形成杂质。热处理环节需要把控好非金属杂质的特性。基于具体情况来说，一般可以划分成脆性杂质和塑性杂质两大类。

钢材中存在的杂质会破坏本身的连续性，一旦脱落会形成凹痕或裂痕，同时杂质较大还有可能影响材料性能;经由锻造和轧制等环节后，杂质还会被处理成流线型结构，致使金属材料出现难以消除的各向异性，提升裂痕出现的可能性;对于精密度要求较高的量具，材料中如果含有杂质会严重影响寿命周期。如果杂质含量较多，还会在热处理阶段发生开裂等问题。针对这一问题应当结合技术标准有效控制钢材中的杂质含量。

钢材中含有的杂质是无法完全清除的，材料的纯净指标只能通过冶炼等环节进行提升，减少杂质比重，提升材料性能。

3内裂

内裂问题通常指的是材料中出现白点以及轴心晶开裂等，这些问题的存在会影响后续的材料处理，导致可靠性降低。

3.1白点

白点是钢材中不能存在的问题，通常会在锻造冷却后出现。测定白点问题的最佳方式是控制在淬火状态中，避免折断时出现失真。对于白点的形成，各个学派观点差异较大。有些学派认为，出现白点的核心是氢元素和较大的内应力。也就是钢材中残留的氢元素集聚后形成分子形态，不断膨胀后造成内应力上升，导致后续的热处理和冷却环节出现开裂现象。

钢材中的白点会严重影响最终的性能指标，致使材料无法应用，且白点会加大加工处理过程中的开裂概率，提高废品率。

3.2缩孔残余

该问题是因为钢材冒口位置未能有效清除缩孔，导致开坯和轧制阶段出现残留。在缩孔范围内会聚集大量杂质，影响正常的锻造和热处理操作。

3.3轴心晶间裂纹

轴心晶的裂痕主要出现在钢材凝固阶段。因为低碳钢在凝固时相区间距不足且钢液未能及时补充，就会形成裂痕。此外，如果钢材结构和铸造方式出现偏差，会加大应力，加剧开裂程度。对于轴心晶裂痕，如果无法通过锻造有效处理，就会影响材料的连续性，即使强度指标偏差较小，但性能却明显降低，所以该问题必须要彻底消除。

4缩孔、疏松、偏析、带状组织

4.1缩孔与疏松

材料在冷凝过程中，体积会出现一定的收缩，如果未能做好补充就会出现空洞等问题。通常将较为密集的空洞称为缩孔，而相对分散则被称为疏松。因为热胀冷缩的原理，缩孔无法避免，但应当对其有效处理，保证材料性能。

4.2偏析

偏析是指金属材料内部不同位置的化学元素分布不均，本质上是因为结晶和部分元素扩散未达到要求。偏析在生产过程中无法完全消除，应当通过优化处理予以控制。

（1）树枝状偏析

树枝结构的偏析是由于材料冷却速度较快，难以达到平衡状态，导致固液相体中扩散程度不够，出现较为明显的差异。正是由于该差异导致固相为树枝结构。通常在生产中可以利用高温均匀处理进行优化，以保证钢材性能满足预期目标。

（2）点状偏析

主要指的是横向酸浸试样中存在较为明显的暗色斑块，同时纵向试样中存在暗色条带。对该类型偏析进行分析，不难看出结构为由内往上倾斜，表征这一问题是由于钢材向外排出气体时产生气孔混入杂质。出现这一问题会导致钢材性能大幅度下降，难以发挥正常效用。

（3）方形偏析

该类型偏析主要是在横向酸浸试样中出现较为集中的暗色方形点。对比来看，偏析带位置的杂质比重相对较高，大多出现在钢材的上半部分。对于这一问题的形成，学者们普遍认定是钢材中的物化性质出现不平衡，导致内部的杂质比重超出合理范围。方形偏析问题具有标准区间，可以通过优化钢液的纯净程度进行把控。

4.3带状组织

经由热压处理的钢材，会在轧制位置呈现出带状组织，其本质是合金材料中的不同相体，会直接影响到切削性能。

出现带状组织的具体原因是热压处理将偏析结构和杂质进行拉长，致使材料表现出各向异性，严重影响钢材性能。如果是由偏析问题导致的带状组织一般利用正火处理进行优化，而由高碳合金材料引起的偏析则无法根本去除，只能通过退火改善。

5粗大组织

粗大组织的形成多是因为加热过程中参数选择出现偏差，造成晶粒粗大化，影响钢材的强度性能和韧性指标。过热问题是由于热压处理时的温度超过标准范围或处于高温时间过久导致的。此外，形变过程中出现的摩擦加剧也会引起温度上升，致使晶粒粗大化，难以满足力学性能要求。