40Mn2鋼球鍛件缺陷分析及鍛造工藝優化

　　摘要：由于中碳鋼在鍛件中所用工藝較為簡單易懂，在成本上也比較經濟實惠，經過鍛件后整體性能較為適宜，所以40Mn2在鋼球鍛件生產行業中應用十分廣泛。但在投入實際應用后卻發現40Mn2經過鍛造后，無法與實際需求相符合，還容易形成裂縫等缺陷。基于此，本文首先對40Mn2這種材料展開詳細介紹，其次分析40Mn2鋼球鍛件中存有哪些相關缺陷，最后表明40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝優化途徑，希望能夠幫助鋼球鍛件生產商解決40Mn2鋼球鍛件缺陷問題。

　　關鍵詞：40Mn2鋼球;鍛件缺陷分析;鍛造工藝優化

　　本文源自《科學與技術》，《科學與技術》雜志是經國家新聞出版總署批準，中國科學技術協會、新疆阿勒泰地區科協主管，新疆阿勒泰地區科協主辦的學術性期刊。

　　前言：磨球在我國改革開放之前就已經存在，當時有很多相關人士針對磨球材料與性能展開深入剖析，至今為止，磨球在我國已經得到顯著優化與加強。近幾年，我國有關于礦物破碎的相關產業，對于磨球實際應用情況開始越發普遍，在市場之中磨球所占地位也越發關鍵，目前，磨球材料已經擴展為上百種。但在這種趨勢下，各類行業對于磨球質量有著更高標準，這就需要深入了解其中存有哪些缺陷，這樣才能對磨球鍛造工藝展開進一步優化。

　　一、40Mn2詳細介紹

　　近幾年我國市場對于鋼材質量與性能有著很多要求，在市面中鋼材種類也開始越發多樣，而40Mn2就屬于其中一種。40Mn2屬于中碳鋼材料，其中存有諸多化學成分，如：銅、磷、錳、硫以及鎳等，這種材料強度、耐久、抗磨等多種性能較為優良，具備一定可加工性，如今在螺栓、連桿等負載零件加工中較為常見。但40Mn2在鋼球鍛件鍛造中，自身強度與性能會隨之各種應力所下降，這就需要通過有效途徑針對鍛造工藝展開適當優化。而且在40Mn2之中含有大量錳，雖然通過這些錳可以促使40Mn2強度與耐久得到增長，但如果含量過多就會導致材料導熱性能降低，這時40Mn2在鋼球鍛件鍛造中，就會因為溫差變化在內部出現應力，最后40Mn2鋼球鍛件就會出現裂紋缺陷[1]。

　　二、40Mn2鋼球鍛件中缺陷的相關分析

　　在40Mn2鋼球鍛件之中，鍛件好壞可以決定磨球應用年限與整體性能，一旦出現缺陷就容易導致以上因素受到影響。如今在40Mn2鋼球鍛件中常見缺陷有裂紋、脫碳以及氧化等，因裂紋在其中屬于常見且嚴重的缺陷之一，所以以下便針對裂縫缺陷展開詳細分析。通常當40Mn2鋼球鍛件處于加熱或冷卻環節時，都會因為溫差出現一定應力，這種應力便會促使鋼球內部或外部出現裂紋，最初裂縫一定處于微型狀態，經過一系列應力與壓力后，就會逐漸擴展為大規模裂縫。而且在通過變形工藝對40Mn2鋼球展開鍛造時，除了工具與模具會對鍛件造成壓力與應力外，還可能有多種因素產生其他壓力與應力，如：在對鍛件展開變形鍛造時速度不夠穩定、在對鍛件展開加熱鍛造時溫度不夠均衡等等。所以裂紋缺陷基本都是在內部應力與外部壓力雙重打擊下形成結果，40Mn2鋼球鍛件裂紋缺陷與變形工藝息息相關，變形速度、溫度、應力等多方面都可以造成裂紋出現，站在宏觀角度裂紋缺陷形成原因有：材料性能、加熱工藝以及變形工藝等[2]。

　　三、40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝優化途徑

　　1.加熱工藝優化途徑

　　一般在40Mn2鋼球鍛件鍛造中，都會選擇感應方式作為加熱鍛造工藝，但這種工藝會導致40Mn2材料在溫度變化中產生應力，如果40Mn2材料自身在組織方面就存有缺陷，就會在這種應力下形成微型裂紋，因此，在對40Mn2鋼球鍛件鍛造工藝進行優化時，需要先行針對加熱工藝展開切實優化。通常鍛造廠家會將加熱工藝頻率控制在1000hz左右，但在感應加熱工藝中存有集膚反應，如果可以針對加熱工藝頻率進行優化，便可促使40Mn2材料在加熱工藝中得到徹底鍛造。但由于大部分感應裝置都存在材料加熱周圍，想要針對加熱頻率展開計算比較復雜，所以在對40Mn2鋼球鍛件加熱鍛造工藝展開優化時，可以將平板材料作為計算基礎，在數學領域之中平板可以當成無限半徑的形狀，這樣在通過平板針對加熱頻率展開計算時就會更加簡單，因為平板實際厚度會比感應加熱工藝深度較大，所以便可幫助相關人員確定加熱頻率，促使加熱鍛造工藝得到有效優化。此外，由于40Mn2鋼球鍛件加熱工藝棒料直徑一般都在90mm左右，這種直徑越大選擇1000hz作為實際頻率就會太高，無法將棒料中所有材料徹底熱透，這樣在對鋼球鍛件展開后續操作時就會出現諸多問題，因此，便可針對加熱頻率展開優化，在降低加熱頻率同時增加加熱時間，這樣便可通過充足時間對棒料進行滲透，避免40Mn2材料因沒有完全熱透或是因溫差產生應力，而導致鋼球鍛件出現裂紋缺陷。

　　2.變形工藝優化途徑

　　當40Mn2鋼球鍛件通過鍛造體積處于較小狀態時，會導致鋼球中所有晶粒處于較大狀態，再加上40Mn2材料在變形工藝中，整體方向和材料組織內部情況不符或相反時，就會導致40Mn2鋼球鍛件出現裂紋缺陷。為了切實解決這種裂紋缺陷，最好是針對40Mn2材料中組織缺陷展開優化，但由于這些材料已經繳納購買金，如果對其中組織缺陷展開優化就需要重新購買材料，既會導致鋼球鍛件需要大量人力、財力以及物力，還會對鋼球鍛件生產速度造成限制，最終鍛造廠家便會在其中出現較大損失，因此，需要在材料無法優化基礎上，針對40Mn2鋼球鍛件變形工藝展開切實優化。在通過變形工藝針對40Mn2鋼球鍛件展開鍛造時，可以針對變形方向進行優化，簡單來講就是將變形方向從最初相反方向，變成與材料內部組織垂直方向，這樣40Mn2鋼球鍛件就無法在鍛造之中出現裂縫，即便在其經過加熱處理后出現一些微型裂紋，通過以上優化便可促使這些微型裂紋重新連接到一起，保證40Mn2鋼球鍛件之中不會再次出現裂紋，或是裂紋不會在40Mn2鋼球鍛件之中朝向周圍擴展。但如果40Mn2材料屬于圓柱形，實際高度比鋼球鍛件直徑更大，而且是通過胎模鍛造進行成型時，如果針對變形工藝方向進行優化，40Mn2材料就無法在模具之中完成成型鍛造，因此，在遇到這種情況時，還需要針對40Mn2材料形狀展開優化，在開始優化之前確定模具形狀與大小，盡可能將40Mn2材料形狀控制在模具尺寸之內，這樣才能保證其可以通過模具順利完成成型鍛造，從而在保證變形工藝方向與材料內部組織方向處于垂直狀態，同時將變形鍛造工藝對40Mn2鋼球鍛件裂紋缺陷實際影響降到最小化[3]。

　　結束語：綜上所述，40Mn2雖然自身性能較為優良，但容易在回火階段出現脆性，這樣40Mn2整體性能就會有所下降，在完成回火進行淬火后，就容易出現裂紋情況，這種情況對于磨球應用產業影響較大，還會增加磨球生產成本精力。因此，如今在使用40Mn2材料開展鋼球鍛件時，最好先行針對其中缺陷展開縝密分析，這樣才能對鋼球鍛件缺陷展開針對性優化。以上提出加熱與變形這兩種工藝的優化途徑，以便減少40Mn2鋼球鍛件出現缺陷的可能性。

　　參考文獻：

　　[1]宋亞虎,趙學謙,王博.40CrMnMoA輥軸鍛件缺陷分析[J].大型鑄鍛件,2019, 187(1):43-45.

　　[2]孫偉領,丁金根,邊翊.鋁合金控制臂鍛造工藝參數優化與缺陷分析[J].鍛壓技術,2019,44(05):29-34.

　　[3]曹福順,蘇繼偉,李林.大規格SAE4130鍛件白點缺陷分析[J].大型鑄鍛件, 2019(02):49-50.