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“深層缺陷產(chǎn)生機(jī)理假設(shè)”是目前分析缺陷一種方法，特別在鋼鐵產(chǎn)品的缺陷分析用途廣泛。認(rèn)為深層缺陷是材料延性降低引起的一種缺陷。當(dāng)發(fā)生深層缺陷的長軸制品的鍛造時(shí)間要比未發(fā)生缺陷的制品長，可以預(yù)料由于溫度降低，材料的延性降低。在實(shí)際發(fā)生的表面缺陷附近，除了成為問題的深層缺陷之外，還可確認(rèn)多個(gè)細(xì)小的缺陷。缺陷前端銳利，為應(yīng)力集中部位，所以形成細(xì)小缺陷后，由于施加拉伸應(yīng)力，缺陷前端裂紋有擴(kuò)展的可能。

某鋼鐵公司針對(duì)鍛鋼件表面出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，研究了表面深層缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，認(rèn)為與通常使用的熱拉伸試驗(yàn)的延性評(píng)價(jià)方法相比，采用熱壓縮試驗(yàn)評(píng)價(jià)延性，可以評(píng)價(jià)自由鍛造深層缺陷的發(fā)生，由此可以確定，抑制表面缺陷產(chǎn)生的溫度等鍛造極限條件，從而抑制表面缺陷的形成。這種缺陷分析思路就是基于深層缺陷產(chǎn)生機(jī)理假設(shè)。

某鋼鐵公司在制造船舶用曲軸的原材料和傳動(dòng)軸、反應(yīng)堆殼體等大型鍛鋼件的自由鍛造中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面缺陷，鍛造作業(yè)中采用火焰清理去除。但是，認(rèn)為熱延性良好的鋼種很少，也有在鍛造后和退火、調(diào)質(zhì)后發(fā)現(xiàn)深層缺陷的情況。如果殘留有表面缺陷，即使較淺的表面缺陷也必須用砂輪磨削去除缺陷和實(shí)施磁粉探傷檢測等，造成成本的增加和生產(chǎn)率的下降。如果是深層缺陷，需要修復(fù)作業(yè)時(shí)，也有不能確保機(jī)械加工的加工量，不能再作為產(chǎn)品使用的情況，這樣損失就會(huì)非常大。

該缺陷常發(fā)生在鍛鋼件的長軸制品。該制品經(jīng)退火、調(diào)質(zhì)后，確認(rèn)了多個(gè)軸向表面缺陷。在確認(rèn)的多個(gè)軸向表面缺陷中，選擇了較深的缺陷，該軸向表面缺陷，外觀上可以看見像折痕。但是，通常鍛造導(dǎo)致的表面材料流動(dòng)引起的折痕狀缺陷最深不過是5mm的深度，而該缺陷最大深度為20mm以上。這種折痕狀較深的缺陷很少發(fā)生，其發(fā)生機(jī)理目前尚不明確。

首先，懷疑可能是由于退火、調(diào)質(zhì)時(shí)的熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，或是細(xì)小缺陷的擴(kuò)展。在缺陷周邊確認(rèn)了寬約400μm的脫碳層。缺陷周邊的脫碳層厚度受從缺陷發(fā)生到檢測出的缺陷周邊的熱履歷的影響。因此，使CT（緊湊拉伸）試樣發(fā)生疲勞裂紋，將疲勞斷裂部分切除，模擬了鍛造溫度①1100℃，②800℃以后，③調(diào)質(zhì)時(shí)的冷卻工序以后的三種條件。觀察結(jié)果，裂紋周邊產(chǎn)生的脫碳層厚度分別是650μm、500μm和300μm。從這一結(jié)果認(rèn)為，該缺陷不是調(diào)質(zhì)時(shí)發(fā)生的，而是發(fā)生在鍛造過程中。

然后，調(diào)查了鍛造作業(yè)中何時(shí)發(fā)生缺陷。比較和觀察了該鍛件的熱履歷和缺陷周邊組織，進(jìn)行了鍛造作業(yè)現(xiàn)場和作業(yè)視頻確認(rèn)等的狀況調(diào)查。鍛造作業(yè)中具體的缺陷發(fā)生時(shí)期不能特定。特別是軸向缺陷，在熱態(tài)下，即使是熟練的作業(yè)人員也很難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)場確認(rèn)的制品中也有退火、調(diào)質(zhì)后發(fā)現(xiàn)首個(gè)缺陷的情況。在鍛造作業(yè)中的材料表面粘附著氧化鐵鱗、鍛造件表面凹凸不平，所以很難發(fā)現(xiàn)缺陷。

采用“深層缺陷產(chǎn)生機(jī)理的假設(shè)”，分析結(jié)果馬上得到了確認(rèn)，如果壓下量增大，缺陷周邊會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。假設(shè)鍛鋼件表面發(fā)生的深層缺陷是由于鍛造時(shí)材料的延性降低，折痕狀細(xì)小的缺陷擴(kuò)展而形成的缺陷，研究了材料延性和缺陷擴(kuò)展的評(píng)價(jià)方法。

從熱拉伸試驗(yàn)的結(jié)果得到所有鋼種在650℃以上，材料延性沒有較大差異的結(jié)果。該結(jié)果與實(shí)際制造中的表面缺陷發(fā)生頻率不一致，所以為了評(píng)價(jià)自由鍛造中的延性，研究了其他方法。周向或軸向所有的表面缺陷，假設(shè)發(fā)生深層缺陷，設(shè)計(jì)了使用帶缺口圓柱的熱壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)先將加工成缺口的圓柱料加熱到規(guī)定的溫度后，再模擬實(shí)際表層緩冷到試驗(yàn)溫度，使用端面拘束夾具進(jìn)行壓縮。原本應(yīng)該在相對(duì)荷重方向的垂直方向加工一個(gè)缺口，但距缺口前端的伸展量很小，所以差異不明顯。因此，為使伸展量產(chǎn)生明顯的差異，將缺口設(shè)在與荷重平行的方向，進(jìn)行了試驗(yàn)。此外，即使變化缺口方向，由于應(yīng)力集中，距缺口前端的裂紋發(fā)生的狀況本身沒有差異。試驗(yàn)條件下，明確了裂紋容易伸展的鋼種順序，與各鋼種實(shí)際制造時(shí)的表面缺陷發(fā)生的頻率一致。

一般采用熱拉伸試驗(yàn)的斷面收縮率評(píng)價(jià)表面缺陷發(fā)生頻率，但熱壓縮試驗(yàn)可以更好地評(píng)價(jià)表面缺陷發(fā)生頻率。根據(jù)上述結(jié)果認(rèn)為，鋼種間的延性差異有可能采用熱壓縮試驗(yàn)的伸展長度就可以更靈敏地評(píng)價(jià)，正如假設(shè)的缺陷產(chǎn)生機(jī)理那樣，實(shí)際深層缺陷的產(chǎn)生也是由細(xì)小缺陷伸展導(dǎo)致的可能性較大。

研究的熱壓縮試驗(yàn)的伸展長度與熱拉伸試驗(yàn)的斷面收縮率值存在相關(guān)性，與傳統(tǒng)上通常使用的熱拉伸試驗(yàn)的延性評(píng)價(jià)方法相比，采用熱壓縮試驗(yàn)評(píng)價(jià)延性，可以評(píng)價(jià)自由鍛造的深層缺陷的產(chǎn)生。認(rèn)為熱壓縮試驗(yàn)可以更靈敏地評(píng)價(jià)自由鍛造中各鋼種的熱區(qū)間的延性。這就是深層缺陷產(chǎn)生機(jī)理假設(shè)的奇妙之處。