معرفة

أسباب الشقوق السطحية في المسبوكات وطرق تحسينها

 

بعد معالجة التبريد والتصلب، يتميز فولاذ الكروم 40 بخصائص ميكانيكية شاملة ممتازة، وسعره مناسب، وسهولة معالجته. وهو حاليًا من أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا في صناعة الآلات. الصين تشارك شركة فيجور بنشاط وعمق في مواقع المعالجة العميقة لعملائها لفهم تدفقات عمليات إنتاجهم. من خلال تحليل العينات غير الطبيعية، تحدد الشركة الأسباب الجذرية للتشققات السطحية في مسبوكات الكروم 40 وتقترح الحلول. من جهة، تُرشد الشركة العملاء لتحسين عمليات الإنتاج والحفاظ على علاقة جيدة معهم؛ ومن جهة أخرى، تُدرك الشركة الاستخدامات النهائية للمنتجات، وتُعدّل عمليات إنتاج سبائك الكروم 40 (أو المواد المدرفلة) على الفور لإنتاج منتجات تلبي متطلبات السوق.

 

المواصفات الفنية 1

المواصفات الفنية الأساسية للتسليم هي كما يلي: تتضمن المواصفات الرئيسية لسبائك الصب المستمر سبائك مربعة مقاس 300 مم × 300 ملم ، 350 ملم × 450 ملم و 370 ملم × ٤٨٠ مم، وقضبان دائرية بأحجام ٣٠٠ مم، ٤٠٠ مم، ٤٥٠ مم، ٥٠٠ مم، و٦٠٠ مم. مواصفات الفولاذ الدائري المدرفل على الساخن هي: φمن ١٠٥ إلى ٢٧٠ مم. على سبيل المثال، قضبان 105Cr المدرفلة على الساخن، تتم عملية الإنتاج الرئيسية على النحو التالي: المحول (الفرن الكهربائي) - التكرير - VD - الصب المستمر - التوصيل الساخن - دحرجة ساخنة - دحرجة رباعية - التبريد البطيء.

 

الشروط الأساسية لتسليم سبائك الصب المستمر 40Cr هي كما يلي: يجب تقييم الهيكل منخفض التكبير وفقًا لـ YB/T 153-١٩٩٩. يجب ألا تتجاوز درجات المسامية المركزية، وتجويف الانكماش، والشق المركزي، والشق تحت الجلد، والفقاعة تحت الجلد على قطعة اختبار الهيكل منخفض التكبير المحفورة بالحامض للمقطع العرضي لسبائك الصب، الدرجة ٢.٠. يجب أن يكون سطح سبيكة الصب خاليًا من تجويف الانكماش المرئي، والفقاعة تحت الجلد، والوصلة الطرفية، وتقشير الجلد، والجرب، والشوائب، وما إلى ذلك. يجب ألا يكون هناك شق بعمق يزيد عن ١ مم، وألا يكون هناك خدش، أو انبعاج، أو مسام، أو تجعد، أو رذاذ بارد، أو نتوء، أو انخفاض، أو علامة اهتزاز عرضية، وما إلى ذلك بعمق أو ارتفاع يزيد عن ٢ مم. إذا كان سطح سبيكة الفولاذ يعاني من أي من العيوب المذكورة أعلاه غير المسموح بها أو التي تتجاوز اللوائح المسموح بها، فيجب إزالتها. يجب ألا يقل عرض الإزالة عن ٦ أضعاف العمق، ويجب ألا يقل طولها عن ١٠ أضعاف العمق. بعد الإزالة، يجب ألا يتجاوز عمق العيب ١٠ مم. يجب أن تكون منطقة العيب بعد الإصلاح ناعمة وخالية من الزوايا الحادة. بعد استيفاء الشروط، لا يمكن بيع الكتل أو لفها إلا لتقليل رفض القضبان بسبب عيوب الكتل، مثل الكسر والشقوق الكبيرة.

 

الشروط الأساسية لتوريد الفولاذ الدائري المدرفل على الساخن Cr40 هي كما يلي: يُقيّم الهيكل منخفض التكبير المحفور بالحامض وفقًا للمعيار GB/T1979، بحيث لا تتجاوز المسامية المركزية والمسامية العامة وانفصال السبائك 2.0، ويُمنع فصل النقاط العامة وانفصال نقاط الحافة والفقاعات تحت الجلد. يُحدد حجم حبيبات الفولاذ الأوستينيتي وفقًا للمعيار GB/T6394، بحيث لا تقل الدرجة عن 5.0، ولا يتجاوز الفرق في تجانس حجم الحبيبات 3 درجات. يُفحص الفولاذ بحثًا عن الشوائب غير المعدنية وفقًا للمعيار GB/T10561، ويُقيّم بالطريقة أ. تكون درجات الشوائب المؤهلة كما يلي: نظام خشن/ناعم. ≤ 2.0 /≤ 3.0؛ B، C، D نظام خشن/ناعم ≤ 1.5 /≤ 2.5. 2

 

2. الكيساتs

علبة شرخ من الفولاذ المطروق 40Cr I

◆ الوضع الأساسي: قامت شركة آلات معينة بشراء فولاذ 40Cr بمواصفات φ115 مم، والذي استخدمه المستخدم لتصنيع أنبوب المحور لمحور عجلة السيارة، كما هو موضح في الشكل 1. وجد المستخدم شقوقًا سطحية في الجزء السفلي من أنبوب المحور حيث تشوه بشدة بعد التشكيل (التشكيل بالقالب) (قبل إجراء عملية المعالجة الحرارية)، مما أدى إلى تدمير حوالي 30٪ من قطع العمل.

 

يظهر الشكل 2 مورفولوجيا الشوائب في القضبان المدرفلة على الساخن.

 

يوضح الشكل 3 البنية الدقيقة من الحافة إلى المركز. الشبكة مصنوعة من الفريت، والجزء الداخلي من البيرليت الصفائحي. يختلف حجم شبكة الفريت من الحافة إلى المركز، ويُظهر متوسط ​​حجم الحبيبات اتجاهًا متزايدًا تدريجيًا من الحافة إلى المركز.

 

توجد شقوق واضحة على الحافة، وبالقرب منها طبقة إزالة كربونات ناتجة عن الأكسدة. من بينها، الجزء الأبيض على الحافة هو الفريت، والجزء الأسود هو الثقوب، والجزء الرمادي هو نواتج الأكسدة، كما هو موضح في الشكل 4.

حالة الشقوق في الفولاذ المزور 40Cr II

◆ الوضع الأساسي: قامت شركة تشكيل في جيانغسو بشراء سبائك صب مستمر 40Cr بأبعاد 300 مم × ٣٠٠ مم. استوفى التركيب، وعيوب الهيكل منخفضة التكبير، والدرجات جميعها متطلبات الرقابة الداخلية للشركة. قام المستخدم بتشكيل قضبان الصب المستمر إلى تروس. وشملت إجراءات المعالجة الأساسية لتروس المستخدم: التقطيع، التسخين، التشكيل إلى قضبان مستديرة، النشر، التبريد والتصلب، الخراطة الخشنة والنهائية. قامت الشركة بمعالجة ٢١ ترسًا، من بينها ١١ ترسًا وُجدت بها شقوق بعد الخراطة الخشنة، وكانت الشقوق في نفس الموقع تقريبًا، كما هو موضح في الشكل ٥.

التحليل المعدني بالقرب من الشق: يظهر شكل الشق وتوزيع الشوائب في الشكل 6. لا يوجد أي نزع كربونات واضح على جانبي الشق. تتكون البنية الدقيقة من بيرليت صفائحي وفيريت شبكي. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد درجة الشوائب. من بينها، كانت درجات الخشونة/الدقة للأنواع A وB وD 0.5/0، ودرجة الخشونة/الدقة للنوع C 1.0/0، ودرجة شوائب DS 1.5، وهي لا تتجاوز المعايير الداخلية للشركة.

3. التحليل والمناقشة

في الحالة الأولى، وبناءً على نتائج الاختبار، ظهرت الشقوق بشكل رئيسي في الطبقات السطحية وتحت السطحية. تكوّن الفريت الأبيض بالقرب من الشقوق نتيجةً لإزالة الكربون، وكانت نواتج الأكسدة رمادية اللون. من الضروري معرفة سبب إزالة الكربون على السطح، وخاصةً في الطبقات تحت السطحية. احتمال أن يكون الإجهاد الكبير المتبقي من عملية المعالجة للفولاذ قد تسبب في حدوث شقوق أثناء التسخين ضئيلًا نسبيًا. φيمكن لقضيب ١١٥ مم أن يُطلق بسهولة الإجهاد المتبقي أثناء التسخين. إضافةً إلى ذلك، فإن احتمالية حدوث الشقوق بسبب درجة حرارة تسخين غير مناسبة أثناء التشكيل ضئيلة نسبيًا. كما أن سرعة التبريد السريعة بعد التشكيل لا تُسبب مثل هذه الشقوق، إذ يصعب تكوين طبقة كبيرة من إزالة الكربون بالقرب من مصدر الشق بسرعة تبريد عالية (عادةً ما تكون درجة حرارة التشكيل النهائية ٨٥٠ درجة مئوية).℃، واحتفاظ طويل الأمد عند 650℃~ 850℃ مطلوب لتكوين طبقة إزالة الكربنة). يعتقد دونغ تشانغشينغ وآخرون أنه إذا تم العثور على إزالة الكربنة بالقرب من الشقوق، فهذا يشير إلى أن المادة الأصلية بها عيوب، وأن البنية الدقيقة بالقرب من الشقوق تتغير أثناء التسخين، مما يكون عرضة لتكوين الفريت الأبيض. بناءً على نتائج التحليل أعلاه، تم التأكيد أخيرًا على أن الشقوق السطحية لسبائك التشكيل كانت ناتجة عن ثقوب الغاز تحت السطح (الشقوق) في القضيب، وقد تم تأكيد ذلك في النهاية من خلال اختبار الغسيل الحمضي. استخدم المصنع تسخينًا كهربائيًا عالي التردد، وحدثت عملية إزالة الكربنة بالقرب من العيوب أثناء عملية التسخين السريع للقضيب. أثناء عملية التشكيل، بسبب وجود أكاسيد، تم إعاقة انتشار الذرات، مما يجعل من الصعب على الشقوق أن تلتحم معًا وستتوسع أكثر تحت ضغط الشد، مما يؤدي في النهاية إلى بعض المنتجات المعيبة.

 

في الحالة الثانية، لم يُعثر على أي إزالة للكربون بالقرب من الشقوق، مما يشير إلى عدم وجود شقوق أثناء التسخين، أي عدم وجود شقوق في المادة الأصلية. لحل هذه المشكلة جذريًا، أُجري تحقيق مُفصّل حول العمليات الأساسية لمعالجة سبائك الصب المستمر وتحويلها إلى تروس. خلال التحقيق، وُجد أن تصميم بدل التشغيل أثناء عملية تحويل سبائك الصب إلى قضبان كان خاطئًا. يجب أن يستند المعيار إلى GB/T 21471.-2008. على سبيل المثال، إذا كان الحجم الصافي لحلقة التروس هو φ200 مم وسمكها 50 مم، ويتم معالجة 20 قطعة في المرة الواحدة، وفقًا لهذا المعيار، يجب أن تكون كتلة التشكيل قبل التشغيل φ(215±6) ملم ويجب أن يكون الطول (1130)±١٢) مم (ملاحظة: عرض سن المنشار حوالي ٥ مم) لتلبية متطلبات القطع. مع ذلك، حدد العميل بدل التشغيل بحوالي ٨ مم عند تصنيع سبيكة التشكيل، ومن المرجح أيضًا حدوث طي عند ٣٠٠ مم.×تم تشكيل كتلة مربعة بقطر 300 مم إلى قضيب دائري. لذلك، لا يفي بدل التشغيل المُصمم بمتطلبات الإنتاج الفعلية. بالإضافة إلى ذلك، تبيّن أثناء التحقيق وجود مشاكل في تنظيم عملية الإنتاج لدى العميل. يجب إجراء الخراطة الخشنة قبل التبريد والتصلب، بدلاً من إكمال الخراطة الخشنة والنهائية بعد التبريد والتصلب. في حال إجراء التبريد والتصلب قبل التبريد الخشن، فرغم صغر حجم التشكيل، إلا أنه لا يزال عرضة لتشققات التبريد الناتجة عن عيوب سطح كتلة التشكيل أثناء التبريد. وقد تم الأخذ بالآراء المذكورة أعلاه من قِبل المستخدم، ولم تحدث أي نزاعات على الجودة بعد التعديلات المذكورة.

 

خاتمة

١) تُعدّ ثقوب الغاز (الشقوق) تحت السطح في قضيب التوصيل السبب الرئيسي لتشققات أنابيب عمود محور عجلات السيارات. يمكن منع تكوّن العيوب تحت السطح باختيار خبث واقٍ ذي لزوجة منخفضة وتسخينه في الوقت المناسب، والحفاظ على تبريد منتظم لأسطوانات التثبيت، وإصلاحها في الوقت المناسب. يُنصح باستخدام القضبان التي تحتوي على ثقوب غاز (شقوق) تحت السطح في عمليات القطع بدلاً من المعالجة بالضغط.

٢) التصميم غير السليم لرسم التشكيل هو السبب الرئيسي لتشققات سطح تروس 2Cr. التواصل الفوري مع العملاء في المراحل اللاحقة يُجنّب أي نزاعات غير ضرورية بشأن الجودة.