1.偏析

鋼中化學成分與雜質分布的不均勻現象，稱為偏析。一般將高于平均成分者，稱為正偏析，低于平均成分者，稱為負偏析。尚有宏觀偏析，如區域偏析與微觀偏析，如枝晶偏析，晶間偏析之分。

大鍛件中的偏析與鋼錠偏析密切相關，而鋼錠偏析程度又與鋼種、錠型、冶煉質量及澆注條件等有關。合金元素、雜質含量、鋼中氣體均加劇偏析的發展。鋼錠愈大，澆注溫度愈高，澆注速度愈快，偏析程度愈嚴重。

（1）區域偏析 屬于宏觀偏析，是由鋼液在凝固過程中選擇結晶，溶解度變化和比重差異引起的。

對策是：

1）降低鋼中硫、磷等偏析元素和氣體的含量，如采用爐外精煉，真空碳脫氧（VCD）處理及錠底吹氬工藝。

2）采用多爐合澆、冒口補澆、振動澆注及發熱絕熱冒口，增強冒口補縮能力等措施。

3）嚴格控制注溫與注速，采用短粗錠型，改善結晶條件。

（2）枝晶偏析 屬于微觀偏析。樹枝狀結晶與晶間微區成分的不均勻性，可能引起組織性能的不均勻分布。采用掃描電鏡（SEM）、波譜儀（WDS）、能譜儀（EDS）進行微區觀察和成分分析可以檢出并闡明原因，一般通過高溫擴散加熱，鍛壓合理變形與均勻化熱處理可以消除或減輕其不良影響。

2.夾雜物與有害微量元素

常見的內生夾雜物主要有硫化物、硅酸鹽、氧化物等。它們在鋼中的數量和組成與鋼的成分、冶煉質量、澆注過程以及脫氧方法有關。熔點高的內生夾雜，凝固先于基體金屬，結晶不受阻礙，呈現為有規則的棱角外形；熔點較低的內生夾雜，由于受已凝固金屬的限制，形態多為球或條狀、枝晶狀沿晶界分布。硫化物與塑性較好的硅酸鹽組元，當鋼錠經鍛壓變形時，沿主變形方向延伸，呈條帶狀。

對策是：

1）鋼液真空處理，爐外精煉，控制鋼液質量；

2）清潔澆注，防止外來夾雜污染與異金屬進人；

3）合理鍛造變形，改善夾雜分布。

3.縮孔與疏松

該類孔隙性缺陷，破壞金屬連續性，形成應力集中與裂紋源，屬于不允許的缺陷。

鋼錠開坯時切除量不夠，殘留縮孔及疏松，表現為鍛件端頭有管狀孔穴或者嚴重中心疏松。

對策是：

1）嚴格控制澆注溫度和速度，防止低溫慢速注錠；

2）采用發熱冒口或絕熱冒口，改善補縮條件使縮孔上移至冒口區，防止縮孔深人到錠身處；

3）控制鍛造時鋼錠冒口切頭率，充分切凈縮松缺陷。合理鍛壓變形，壓實疏松缺陷。

4.氣泡

鋼中氣體由爐料、爐氣、空氣進人，當冶煉時脫氧不良，沸騰排氣不充分，則鋼液中氣體含量過多，凝固過程中，隨溫度降低，氣體溶解度下降而由鋼液中析出，形成內部氣泡。當鋼錠模壁潮濕、銹蝕、涂料中含有水分或揮發性物質，在注人高溫鋼水時產生氣體向鋼錠表層滲透，形成皮下氣泡。

對策是：

1）充分烘烤爐料與澆注系統；

2）冶煉時充分脫氣，并采用保護澆注工藝；

3）高溫擴散、鍛壓焊合孔洞缺陷；

4）及時燒剝表面裂紋。

5.鍛造裂紋

（1）鋼錠缺陷引起的鍛造裂紋 大部分鋼錠缺陷，鍛造時都可能造成開裂，圖片6-8所示為2Cr13主軸鍛件中心裂紋。這是因為該6t鋼錠凝固時結晶溫度范圍窄，線收縮系數大。冷凝補縮不足，內外溫差大，軸心拉應力大，沿枝晶開裂，形成鋼錠軸心晶間裂紋，該裂紋在鍛造時進一步擴展而成主軸鍛件中已裂紋。

該缺陷可通過下列措施予以消除：①提高冶煉鋼水純凈度；②鑄錠緩慢冷卻，減少熱應力；③采用良好的發熱劑與保溫帽，增大補縮能力；④采用中心壓實鍛造工藝。

（2）鋼中有害雜質沿晶界析出引起的鍛造裂紋 鋼中的硫常以FeS形式沿晶界析出，其熔點僅有982℃，在1200℃鍛造溫度下，晶界上FeS將發生熔化，并以液態薄膜形式包圍晶粒，破壞晶粒間的結合而產生熱脆，輕微鍛擊就會開裂。

鋼中含銅在1100～1200℃溫度下的過氧化性氣氛中加熱時，由于選擇性氧化，表層會形成富銅區，當超過銅在奧氏體中溶解度時，銅則以液態薄膜形式分布于晶界，形成銅脆，不能鍛造成形。如果鋼中還存在有錫、銻還會嚴重降低銅在奧氏體中的溶解度，加劇這種脆化傾向。

（3）異相（第二相）引起的鍛造裂紋 鋼中第二相的力學性能往往和金屬基體有很大的差別，因而在變形流動時會引起附加應力導致整體工藝塑性下降，一旦局部應力超過異相與基體間結合力時，則發生分離形成孔洞。例如鋼中的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸鹽等等。假如這些相呈密集。鏈狀分布，尤其在沿晶界結合力薄弱處存在，高溫鍛壓就會開裂。圖片6-10是20SiMn鋼 87t錠因細小的 AlN沿晶界析出引起鍛造開裂的宏觀形貌，其表面已經氧化，呈現多面體柱狀晶。微觀分析表明，鍛造開裂與細小的顆粒狀AlN沿一次晶晶界大量析出有關。

對策是：

1）限制鋼中加鋁量，去除鋼中氮氣或用加鈦法抑制AlN析出量；

2）采用熱送鋼錠，過冷相變處理工藝；

3）提高熱送溫度（＞900℃）直接加熱鍛造；

4）鍛前進行充分的均勻化退火，使晶界析出相擴散。

6.過熱、過燒與溫度不均

加熱溫度過高或高溫停留時間過長時易引起過熱、過燒。過熱使材料的塑性與沖擊韌性顯著降低。過燒時材料的晶界劇烈氧化或者熔化，完全失去變形能力。

當加熱溫度分布嚴重不均勻，表現為鍛坯內外、正反面、沿長度溫差過大，在鍛造時引起不均變形，偏心鍛造等缺陷，亦稱欠熱。

對策是：

l）嚴格執行正確的加熱規范；

2）注意裝爐方式，防止局部加熱；

3）調準測溫儀表，精心加熱操作，控制爐溫、爐氣流動，防止不均勻加熱。

7.白點

白點是鍛件在鍛后冷卻過程中產生的一種內部缺陷。其形貌在橫向低倍試片上為細發絲狀銳角裂紋，斷口為銀白色斑點。照片6-13為Cr－Ni－Mo鋼鍛件縱向斷口上的白點。其形狀不規則，大小懸殊，最小長軸尺寸僅2mm，最大的為24mm。白點實質是一種脆性銳邊裂紋，具有極大的危害性，是馬氏體和珠光體鋼中十分危險的缺陷。

白點成因是鋼中氫在應力作用下向拉應力區富集，使鋼產生所謂氫脆，發生脆性斷裂，所以氫和附加應力聯合作用是白點產生的原因。

對策是：

1）降低鋼中氫含量，如注意烘烤爐料，冶煉時充分沸騰，真空除氣，爐外精煉脫氣等。

2）采用消除白點的熱處理，主要任務是擴散鋼中氫，消除應力，如擴氫退火熱處理等。詳見鍛造過程中常見的缺陷中的鍛后清理工藝不當常產生的缺陷。

8.組織性能不均勻

大型鍛件因其尺寸大，工序多，周期長，工藝過程中不均勻，不穩定因素多，所以常常造成組織性能嚴重不均勻，以致在力學性能試驗，金相組織檢查和無損探傷時不能通過。由于鋼錠中化學成分偏析，夾雜物聚集，各種孔隙性缺陷的影響；加熱時溫度變化緩慢，分布不均，內應力大，缺陷較多；高溫長時間鍛造，局部受力局部變形，塑流狀況、壓實程度、變形分布差別較大；冷卻時擴散過程緩慢，組織轉變復雜，附加應力大。以上諸因素都可能導致組織性能嚴重不均勻，質量不合格。

提高大型鍛件均勻性的措施：

1）采用先進的冶鑄技術，提高鋼錠的冶金質量；

2）采用控制鍛造，控制冷卻技術，優化工藝過程，提高大鍛件生產的技術經濟水平。

9.淬火裂紋與回火脆性

許多對力學性能與表面硬度要求高的大鍛件，鍛后要經粗加工，再進行調質熱處理或表面淬火。在熱處理時，由于溫度急劇變化，將產生很大的溫度應力。由于相變還產生組織應力，和鍛件存在的殘余應力疊加，合成的拉應力值如果超過材料的抗拉強度，并且沒有塑性變形松弛，將會產生各種形式的開裂和裂紋。例如縱向、橫向、表面和中心裂紋，表面龜裂和表層剝離等。由于大鍛件截面尺寸大，加熱、冷卻時溫度分布不均勻，相變過程復雜，殘余應力大，而且程度不同地存在著各種宏觀和微觀缺陷，塑性差，韌性低，這都能加劇裂紋萌生與擴展的過程，往往形成即時的或延時的開裂破壞，甚至炸裂與自然置裂等，造成重大經濟損失。

對策是：

1）采用合理的熱處理規范，控制加熱速度與冷卻過程，減少加熱缺陷與溫度應力；

2）避免鍛件中存在嚴重的冶金缺陷與殘余應力；

3）淬火后及時回火。

回火脆性系碳化物析出或磷、錫、銻、砷等有害微量元素沿晶界聚集而引起的脆性增大的傾向。

防止回火脆性的對策是：

1）減少鋼中有害元素的含量；

2）減少鋼中偏析；

3）避免在回火脆性溫度區熱處理，適當快冷，防止有害組元富集。