Os tipos e causas de defeitos internos em grandes anéis forjados feitos de aço 20# foram analisados por meio de exame macroscópico, exame metalográfico, análise de composição química e análise de fratura. Os resultados indicam que o defeito é uma mancha branca causada pela tensão interna gerada durante o processo de resfriamento do aço após o processamento a quente sob pressão.
Um tarugo redondo de fundição contínua com diâmetro de 20# e diâmetro de Φ500mm é cortado, aquecido e forjado em um grande forjamento redondo. Testes ultrassônicos encontraram muitos defeitos dispersos em algumas áreas deste lote de grandes peças forjadas redondas. O teste ultrassônico pode detectar defeitos como inclusões grosseiras de escória, rachaduras, manchas brancas e delaminação em peças forjadas, mas geralmente é impossível determinar o tipo específico. Neste artigo, uma análise anatômica de grandes peças forjadas redondas foi realizada para determinar os tipos específicos de defeitos internos neste lote de grandes peças forjadas redondas com defeitos internos por meio de análise de composição química, inspeção macroscópica e análise metalográfica.
1. Inspeção física e química
1.1 Macromorfologia
O tamanho dos grandes anéis circulares forjados é Φ 870 mm (círculo externo) × Φ 192 mm (círculo do furo interno) × 175 mm de espessura. A inspeção ultrassônica revelou um grande número de defeitos dispersos em algumas áreas a aproximadamente 80 mm da face final, conforme mostrado na área em forma de leque na Figura 1.
Recorte a área do setor na Figura 1 usando corte à chama para obter a amostra. A serra foi então cortada horizontalmente a cerca de 80 mm da face final. Não foram encontradas inclusões grosseiras, inclusões de escória, poros ou outros defeitos na superfície da serra. No entanto, na superfície da serra (ou seja, na seção transversal do forjamento), foram encontradas várias partículas salientes com protuberâncias externas, algumas das quais eram menores, geralmente com tamanho de 1 mm × aproximadamente 1 mm, enquanto as partículas maiores tinham aproximadamente 4 mm de tamanho. tamanho mm × 4 mm. Todas as partículas tinham cor metálica (consistente com outras áreas da superfície serrada). Existem marcas de serra na superfície, que se projetam para fora em formato circular e estão distribuídas irregularmente na superfície serrada do forjado, conforme mostrado na Figura 2.
Pegue a seção axial do anel circular forjado para ataque ácido a quente, realize a inspeção de baixa ampliação após a limpeza ácida e avalie de acordo com o padrão GB/T1979-20#01: geralmente, a porosidade é 1,0; Não foram encontrados defeitos de segregação, mas foram encontradas várias pequenas fissuras com aproximadamente 0,5–1,5 mm de comprimento. A direção do comprimento da trinca é perpendicular à direção axial do forjamento circular, semelhante às características dos defeitos de mancha branca, conforme mostrado na Figura 3-4.
Figura 1: Localização de defeitos internos em peças forjadas por meio de testes não destrutivos
Figura 2: Partícula saliente
Figura 3 Morfologia macroscópica do perfil axial de anéis forjados
Figura 4: Morfologia das manchas brancas de fissuras no perfil
Tabela 1 Composição química de peças forjadas de anéis grandes (fração de massa, %)
Figura 5: Morfologia do perfil das partículas
Figura 6 Morfologia de pequenas fissuras na superfície de fratura
Figura 7 Morfologia das manchas branco-prateadas na superfície da fratura
1.2 Análise da composição química
Amostras foram retiradas de grandes anéis redondos forjados e analisadas quanto à composição química usando um espectrômetro de leitura direta. Os resultados estão listados na Tabela 1. Pode-se observar que a composição química do forjamento de anel redondo grande atende aos requisitos da especificação de composição química para o aço 20# no padrão GB/T699-20# 15 “Aço Estrutural de Carbono de Alta Qualidade”.
Figura 8 Morfologia dos defeitos de manchas brancas prateadas em seção transversal
Figura 9 As características microscópicas da fratura na superfície normal da fratura são clivagem + corrosão por pite
1.3 Análise metalográfica de partículas salientes
Quando as partículas salientes da Figura 2 foram dissecadas ao longo da direção axial do forjamento circular, foi encontrada uma rachadura em expansão nas partículas, que já havia se expandido em direção à superfície serrada, fazendo com que as bordas se projetassem e formando uma partícula circular saliente. A estrutura metalográfica ao redor da partícula é a mesma, ambas compostas por ferrita e perlita, com pequena quantidade de estrutura tártara na morfologia, conforme mostra a Figura 5. Quando analisado com um espectrômetro de energia de raios X, não foram encontradas grandes inclusões ou inclusões de escória, como escória de forno e escória de proteção, nessas fissuras.
1.4 Teste de quebra
Duas peças de teste são retiradas da área do defeito do anel circular forjado e submetidas a um teste de fratura após perfuração e têmpera.
A morfologia da fratura da superfície axial do forjamento do anel circular é mostrada na Figura 6. Várias pequenas trincas foram encontradas na fratura e a direção do comprimento da trinca é perpendicular à direção axial do forjamento do anel circular.
A morfologia da fratura da superfície transversal do forjamento do anel circular é mostrada na Figura 7. Manchas branco-prateadas podem ser vistas em sua seção transversal elíptica com curvatura côncava.
Através da análise de microscopia eletrônica de varredura, os defeitos semelhantes a manchas brancas prateadas foram identificados na seção transversal como pequenas áreas elípticas relativamente planas. A morfologia da superfície da mancha branco-prateada é caracterizada por irregularidades, não há bordas ou cantos, e as partes convexas são, em sua maioria, superfícies curvas que apresentam uma característica flutuante semelhante a uma nuvem com dobras onduladas visíveis. Existem depressões em forma de tira e pequenos poros. Não foram encontradas características de fratura, como intergranulares, fissuras e depressões (ver Figura 8). As características de microfratura na superfície de fratura normal são fissuras + fossas, conforme mostrado na Figura 9.
2. Análise e discussão
- (1) A composição química de grandes anéis circulares forjados atende aos requisitos da especificação de composição química para aço 20# no padrão GB/T699-20#15 “Aço Estrutural de Carbono de Alta Qualidade”. O teor de hidrogênio no aço é relativamente baixo. A estrutura da matriz do forjamento é ferrita bloqueada + uma pequena quantidade de perlita, que é a estrutura normal após o forjamento do aço 20#.
- (2) Os defeitos de inspeção ultrassônica de anéis redondos forjados aparecem como partículas salientes que se projetam para fora na superfície da serra. Essas partículas salientes são circulares e se projetam para fora, possuem marcas de serra na superfície e têm cor metálica consistente com outras áreas na superfície da serra. Eles estão distribuídos irregularmente na superfície de corte do forjado, indicando que as partículas só se projetam após o corte. Após a dissecção metalográfica, a morfologia da seção transversal da partícula é uma pequena fissura que se expande, fazendo com que sua borda se projete e forme uma partícula circular saliente. As características acima indicam que essas pequenas fissuras existem no forjamento e o gás é armazenado nas fissuras a uma certa pressão. Quando essas trincas estão próximas à face final serrada, a camada de metal na face final próxima à trinca é mais fina e tem menor resistência. Neste ponto, a pressão do gás dentro da fissura faz com que a fissura se expanda e forme partículas salientes que se assemelham a bolhas. Através da análise com espectrômetro de energia de raios X, não foram encontradas grandes inclusões ou inclusões de escória, como escória e escória protetora, nessas fissuras, indicando que a formação de partículas salientes semelhantes a bolhas não está relacionada a inclusões, escória, escória protetora e outros inclusões de escória, mas sim ao gás do Aço.
- (3) Os defeitos em anéis forjados circulares aparecem como pequenas trincas no perfil de teste de baixa ampliação e no plano axial do teste de fratura, todos com características de trincas de mancha branca. Além disso, a direção longitudinal das trincas é perpendicular à direção axial do forjamento (correspondente à direção transversal do anel), indicando que as trincas são direcionadas. A direção longitudinal das trincas é perpendicular à direção do forjamento sob compressão, indicando que a formação de trincas com manchas brancas está relacionada ao forjamento.
- (4) Nas fraturas transversais de peças forjadas com anéis circulares, os defeitos são manchas branco-prateadas, de formato elíptico, com características côncavas e superfícies elípticas relativamente planas. A micromorfologia das manchas branco-prateadas não exibia características de fratura, como rachaduras intergranulares, fissuras e depressões; em vez disso, mostra nuvens flutuantes e rugas semelhantes a ondas, uma das características microscópicas dos defeitos de manchas brancas.
- Devido às manchas branco-prateadas na superfície de fratura dos defeitos no forjamento do anel circular, a microestrutura possui características de defeitos de manchas brancas; pequenas trincas aparecem nas seções de baixa ampliação e testes metalográficos e nas seções de testes de fratura axial; Todas essas características correspondem às características dos defeitos de ponto branco, e pode-se presumir que os defeitos encontrados nos testes não destrutivos de grandes anéis circulares forjados feitos de aço 20# são defeitos de ponto branco.
- (5) As manchas brancas são causadas pelo efeito combinado do teor excessivo de hidrogênio e da tensão interna no aço, que está principalmente relacionado a dois fatores: o teor de hidrogênio no aço e a tensão interna gerada durante o processo de resfriamento após o processamento sob pressão a quente; Além disso, o alto teor de hidrogênio é apenas uma condição necessária para a formação de manchas brancas, enquanto a tensão interna gerada durante o processo de resfriamento do aço após o processamento a quente sob pressão é uma condição suficiente para a formação de manchas brancas. O aço 20# pertence ao aço ferrite e geralmente é difícil de formar manchas brancas. Além disso, o teor de hidrogênio do forjamento redondo já é muito baixo, indicando que o motivo da formação de manchas brancas não está necessariamente relacionado ao teor de hidrogênio da matéria-prima. A tecnologia de processamento de forjamento (como a rápida taxa de resfriamento após o forjamento) desempenha um papel importante na formação de manchas brancas.
