21-4N材料气门电镦裂纹控制

■ 张世文，夏彩霞，吴军伟

气门原材料属于细长杆件，在电镦机上电镦加热成蒜头状，然后放在压力机上进行锻压。在加热过程中，由于加热不当常引起氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹等缺陷。前两种是加热过程中常见现象，在后续机加过程中可去除。后三种影响产品的力学性能或报废。我厂原来的21-4N产品，电镦加热过程中经常出现裂纹造成产品报废，给工厂造成了很大的经济损失。

1. 电镦原理

电镦的基本原理是电阻加热，在棒料长度方向上受力而发生聚料。低电压大电流通过棒料，在不同速度下顶镦成形。一个电极为夹爪，夹住棒料端部附近，与另一个相对的电极（称为砧极）对坯料实行挤锻。棒材的电阻在高电流通过时会在两电极间加热棒料。加热棒料的同时通过液压动力在长度方向上施压，当达到变形温度时，加热段变形聚料，同时会推出一节新棒料处于电极间以重复上述变形过程（见图1）。

2. 原因分析

21-4N属于奥氏体耐热钢，含合金元素量大，经检测金相组织出现了晶界裂纹；来料外表面有拉伤，在加热过程中扩展成裂纹（见图2）；加热温度过高（1200～1260℃），导致过热或过烧。过热会造成不良的锻件组织，导致锻件强度和韧性降低。过烧的毛坯进行锻造时，轻则在表面引起网状裂纹，一般称之为“龟裂”；重则使毛坯破裂成碎块。过烧的毛坯应报度。

而裂纹是在毛坯加热过程中，由于其表层与心部温度的差异造成的温度应力，对于钢材的内部残余应力，以及具有相变毛坯的表层与心部相变不同时形成应力等都可能产生毛坯心部裂纹；由于材料端部有毛刺，电镦开始时接触不良造成短路打火，烧损毛坯端面（见图3）；由于电镦加热参数不匹配，蒜头成台阶状，在锻打过程中形成圈纹（见图4、图5）。

图1 21-4N材料在双缸电镦机上加热

图2 开裂

图3 端面烧损

图4 蒜头成台阶状

图5 圈纹

3. 改进措施

原材料金相检测不能有晶界裂纹。来料检查，挑选出有表面拉伤的材料。按材料锻造温度范围，21-4N始锻温度1100～1150℃，不能超出1150℃。调整加热参数和油压参数，用红外线温度检测仪检测控制在锻造温度范围。设置延时0.2s再加热，保证接触良好。杆端面平面改为圆弧球面（见图6），保证材料渐渐接近均匀加热，保证蒜头形状规则成橄榄状（见图7）。

图6 端面加工成圆球状

图7 橄榄状蒜头

4. 实施效果

通过以上改进措施，电镦加热过程中每炉（600件）只有3～5件有裂纹。实践表明，对原材料进行检测，利用调整加热参数和液压参数，满足锻造温度范围，采用延时加热等措施，基本上解决了电镦加热裂纹，21-4N材料气门电镦加热裂纹是可以控制的。

参考文献：

[1] 高锦张.塑性成形工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1998.