بزرگآهنگریمانند شفتهای اصلی توربینهای بادی، میل لنگ دریایی، و روتورهای انرژی هستهای، به عنوان "ستون ستون فقرات" برای بخشهای مهم ملی مانند انرژی، صنایع سنگین و کشتیرانی عمل میکنند. آنها معمولاً ساختار پیچیده ای دارند و تحت شرایط خدماتی سخت کار می کنند. کیفیت آنها به طور مستقیم بر طول عمر و ایمنی تجهیزات اصلی تأثیر می گذارد. با این حال، در طول سفر طولانی از شمش تا محصول نهایی، "نقص پنهان" مختلف می تواند بی سر و صدا ایجاد شود. این مقاله به طور سیستماتیک رایجترین عیوب داخلی در آهنگریهای بزرگ، علل آنها و چگونگی پیشبینی و پیشگیری از آنها توسط تولید مدرن را تحلیل میکند.
I. حفره داخلی{1}}نوع نقص: "نقص مادرزادی" و "اختلالات اکتسابی" مواد
این عیوب در درجه اول ناشی از مسائل مربوط به چگالی فلز است.
1. حفره های تخلخل و انقباض
ظاهر و خصوصیات: مانند منافذ ریز در یک اسفنج، تخلخل از مناطق غیر متراکم تشکیل شده است که در طول انجماد شمش فولادی ایجاد شده است. همانطور که بالا (رایزر) آخرین بار جامد می شود و حجم آن کاهش می یابد، فاقد خوراک فلز مایع کافی است. این عیوب بیشتر در مرکز شمش و زیر قسمت داغ مشاهده می شود.
علل:
ذوب و ریختن: محتوای گاز زیاد در فولاد مذاب، دمای ریختن نامناسب، تغذیه بی اثر توسط رایزر.
فرآیند آهنگری نامناسب: نسبت آهنگری ناکافی (نسبت های ناراحت کننده، کشش)، عدم جوشکاری موثر این حفره های اصلی را مسدود می کند.
اقدامات پیشگیرانه:
بهینه سازی ذوب: از فناوری های پیشرفته مانند تصفیه خلاء و ذوب مجدد الکتروسرباره برای کاهش گازها و ناخالصی ها در فولاد استفاده کنید.
بهبود ریختهگری شمش: قالبهای شمش و بالابرهای عایق مناسب را برای افزایش قابلیت انجماد جهت و تغذیه طراحی کنید.
آهنگری کافی: نسبت های آهنگری کافی را از طریق برهم زدن تغییر شکل و کشش زیاد تا حفره های بسته کاملاً جوش تحت دمای بالا و تنش فشاری سه محوری اعمال کنید.
2. شمول
ظاهر و خصوصیات: مواد غیرفلزی مانند اکسیدها، سولفیدها و سیلیکاتها در زمینه فلزی جاسازی میشوند. آنها مانند "شن"، تداوم ماتریس را مختل می کنند و به عنوان متمرکز کننده استرس و محل شروع ترک های خستگی عمل می کنند.
علل:
اجزای درون زا: محصولات اکسید زدایی و گوگردزدایی حاصل از فرآیند ذوب به طور کامل شناور نمی شوند و در فولاد مذاب باقی نمی مانند.
اجزای برون زا: اجسام خارجی مانند مواد نسوز یا سرباره در هنگام ریختن در فولاد مذاب مخلوط می شوند.
اقدامات پیشگیرانه:
ذوب فولاد تمیز: پالایش ملاقه را برای ترویج شناورسازی و جداسازی اجزاء تقویت کنید.
تمیزی فرآیند: از دیرگدازهای{0} با کیفیت بالا استفاده کنید و از تمیزی سیستم ریختن اطمینان حاصل کنید.
تغییر شکل و تکه تکه شدن: از فرآیندهای آهنگری مناسب برای شکستن اجزای بزرگ و پیوسته به ذرات ریز و پراکنده استفاده کنید و مضرات آنها را کاهش دهید.
II. کراک{1}}نوعی نقص: «پارگی بیرحمانه» استرس
ترک ها خطرناک ترین عیب در آهنگری هستند که مستقیماً با دما و تنش مرتبط هستند.
1. آهنگری ترک ها
شکل ظاهری و خصوصیات: ترک هایی که در طول فرآیند آهنگری روی سطح یا داخل آهنگری ایجاد می شود. ترکهای سطحی اغلب بهصورت ترکهای کریز یا خطوط مستقیم ظاهر میشوند، در حالی که تشخیص ترکهای داخلی دشوار است.
علل:
گرمای بیش از حد و سوزاندن: دمای بیش از حد حرارت دادن باعث درشت شدن دانه ها (گرم شدن بیش از حد) یا حتی اکسید شدن و ذوب شدن مرزهای دانه (سوزاندن) می شود که باعث کاهش شدید انعطاف پذیری فلز و ایجاد ترک در هنگام آهنگری می شود.
تنش های حرارتی و تبدیلی: گرمایش یا سرمایش بیش از حد سریع، اختلاف دمای زیادی بین سطح و هسته ایجاد می کند و تنش حرارتی قابل توجهی را ایجاد می کند.
تغییر شکل نامناسب: ضربه زدن بیش از حد، سرعت تغییر شکل خیلی سریع، یا توزیع تغییر شکل منجر به تنش موضعی بیشتر از حد ماده می شود.
اقدامات پیشگیرانه:
کنترل دقیق دما: به شدت مشخصات گرمایش را رعایت کنید، از سیستم های کنترل کامپیوتری برای جلوگیری از سوختن و گرمای بیش از حد استفاده کنید.
پیش گرم کردن آهسته: برای آهنگری های فولادی{0}بالا با آلیاژ بالا، گرمایش مرحله ای و خیساندن کامل ضروری است.
بهینه سازی فرآیند آهنگری: میزان و سرعت تغییر شکل را کنترل کنید، از تغییر شکل های بزرگ در محدوده دمای پایین- جلوگیری کنید.
2. پولک (هیدروژن-ترک القا شده)
شکل ظاهری و خصوصیات: لکههای نقرهای-سفید، گرد یا بیضی روی شکستگی طولی آهنگری که به صورت ترکهای ریز مویی در قسمت عرضی ظاهر میشوند. این یک نقص خاص کشنده مخصوص آهنگری های بزرگ است.
علل:
مقصر - هیدروژن: محتوای بیش از حد هیدروژن در فولاد علت مستقیم آن است.
تنش داخلی: در طول خنکسازی پس از آهنگری، هیدروژن در عیوب میکرو- جمع میشود و فشار زیادی ایجاد میکند که همراه با تنش تبدیل و تنش حرارتی، منجر به ترکخوردگی داخلی میشود.
اقدامات پیشگیرانه:
هیدروژن{0}}حذف ذوب: از ریختن خلاء، اساسی ترین و مؤثرترین اقدام برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن استفاده کنید.
بازپخت آهسته خنککننده: «بازپخت پیشگیری از پوستهریزی» پس از فورج اجباری است، که شامل نگهداشتن طولانیمدت در دماهایی است که هیدروژن دارای نفوذپذیری بالایی است (حدود 600-650 درجه) تا هیدروژن به آرامی پخش شود.
3. ترک های خنک کننده
ظاهر و ویژگی ها: ترک هایی که در طی{0}عملیات حرارتی یا خنک سازی پس از آهنگری ایجاد می شوند که اغلب به تنش های تبدیل مربوط می شوند.
علل: تبدیل فاز (به عنوان مثال، به مارتنزیت) باعث انبساط حجم، ایجاد تنش تبدیل قابل توجهی می شود. هنگامی که این تنش با تنش حرارتی از استحکام ماده بیشتر شود، ترک خوردگی رخ می دهد.
اقدامات پیشگیرانه: چرخههای عملیات حرارتی مناسب، بهویژه کنترل نرخهای خنککننده خاموش، ایجاد کنید، یا از فرآیندهای پیشرفتهای مانند austempering یا marquenching استفاده کنید.
III. ریزساختار و ناهمگونی دارایی: «بی نظمی» در دنیای خرد
حتی بدون نقص ماکروسکوپی، ریزساختار ناهمگن به شدت بر عملکرد آهنگری تأثیر می گذارد.
1. دانه های درشت
علل: دمای شروع آهنگری بیش از حد بالا، دمای آهنگری بیش از حد بالا، تغییر شکل در "محدوده تغییر شکل بحرانی".
آسیب: سختی و استحکام آهنگری را کاهش می دهد و "شکنندگی" را افزایش می دهد.
پیشگیری: محدوده دمای آهنگری و مقدار تغییر شکل را کنترل کنید و دانه ها را از طریق عملیات حرارتی بعدی مانند نرمال کردن یا بازپخت اصلاح کنید.
2. ساختار نواری
علل: تفکیک عناصری مانند فسفر و گوگرد در فولاد در طول کار گرم به شکل نواری{0}}دراز میشود.
آسیب: باعث ناهمسانگردی در خواص مواد می شود، با خواص عرضی (مانند چقرمگی و شکل پذیری) به طور قابل توجهی کمتر از طولی.
پیشگیری: تمیزی فولاد را بهبود بخشید، از چندین فرآیند ترکیبی ناراحتکننده-برای شکستن نوارهای جداسازی استفاده کنید.
نتیجهگیری: ساختن «دیوار بزرگ» با کیفیت به سوی «عیب صفر»
ساخت آهنگرهای بزرگ یک نبرد مهندسی سیستماتیک در برابر عیوب است. شرکتهای آهنگری مدرن از طریق یک سیستم کنترل کیفیت کامل فرآیند{{1}«مواد تصفیهشده، ذوب تصفیهشده، آهنگری تصفیهشده، عملیات حرارتی تصفیهشده»، یک دفاع با کیفیت قوی ایجاد میکنند:
شبیهسازی دیجیتال: از شبیهسازی کامپیوتری فرآیند آهنگری برای پیشبینی جریان فلز، میدانهای دما، و میدانهای تنش استفاده کنید و طرح فرآیند را بهینه کنید.
آزمایش غیر مخرب (NDT): به طور گسترده از فناوریهایی مانند آزمایش اولتراسونیک و رادیوگرافی استفاده کنید، شبیه به «سیتی اسکن» به جعلیها، و اطمینان حاصل کنید که نقصها جایی برای پنهان شدن ندارند.
-نظارت کامل فرآیند: هر پارامتر کلیدی، از ذوب تا عملیات حرارتی، دقیقاً ثبت و کنترل میشود و به قابلیت ردیابی دست مییابد.
پیشرفت مستمر این فناوریها، همراه با مهارتهای دقیق، است که استحکام و قابلیت اطمینان هر "ستون صنعت" را تضمین میکند و آنها را قادر میسازد تا وزن دوران خود را تحت شرایط عملیاتی شدید تحمل کنند.