一品道一本到免费视频

<code id="lpb44"></code>
      <code id="lpb44"></code>
      <th id="lpb44"><sup id="lpb44"></sup></th>
      <code id="lpb44"></code>
    1. 撫順特鋼模具技術分享:Cr12MoV鋼制刀具斷裂失效分析

      日期: 2021-05-24  來源:  點擊數:  

      作者:牟 風, 康愛軍, 馬 野, 燕 云, 劉寶石(撫順特殊鋼股份有限公司技術中心 )


      【摘要】針對Cr12MoV鋼制刀具使用時發生斷裂失效進行了詳細分析。通過宏觀和微觀分析, 證實刀具的斷裂屬脆性斷裂。刀具設計時原材加工余量少, 成品刀具表面存在殘余黑皮, 加工時產生應力集中是導致刀具斷裂的主要原因。原材中的半網狀共晶碳化物和熱處理工藝不當是造成刀具斷裂的次要原因。


      關鍵詞:Cr12MoV;失效分析;共晶碳化物;斷口


      1 引言


      Cr12MoV鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼, 其特點是具有高的耐磨性、 淬透性、 微變形、 高熱穩定性、高抗彎強度, 僅次于高速鋼, 是冷沖裁模、 冷鐓模等冷作模具的重要材料, 其消耗量在冷作模具鋼中居于首位。該鋼雖然強度、 硬度高, 耐磨性好, 但其韌性較差, 對熱加工工藝和熱處理工藝要求較高, 處理工藝不當, 很容易造成模具的過早失效。此外, Cr12MoV鋼中含有大量的共晶碳化物, 屬萊氏體鋼, 鋼中的基體組織和共晶碳化物的形態、 粒度及其不均勻分布,對材料使用質量的影響舉足輕重 [1] 。


      某用戶用原始尺寸為23×121mm的Cr12MoV扁鋼直接下料制造刀具 (刀具尺寸約為740×100×22mm,沿刀具面上平均分布6個長圓形孔洞) 。該鋼進貨狀態為熱軋退火態, 進料后用戶經:球化退火→粗、 半精加工平面、 側面→銑腰形槽及鉆螺紋孔、 攻絲→加工刀口面→熱處理→精車產品到使用尺寸→裝箱→使用。刀具在使用過程中, 發生斷裂, 對其斷裂原因進行分析研究。


      2 檢驗方法及結果


      2.1 宏觀檢查


      斷裂刀具外觀形貌如圖1所示, 斷裂部位位于靠近刀具邊部的兩個長圓空的中間, 整個刀具裂為兩部分, 一部分是光亮表面, 另一部分存在殘留黑皮, 裂紋基本位于黑皮面和光亮面的交接處。該刀具原材料厚度為23mm, 成品刀具厚度為22mm, 加工余量僅為1mm, 熱處理后精加工表面黑皮磨削不完全, 使其帶有部分殘余黑皮, 表面黑皮的存在, 對材料磨削開裂以及早期失效都有不可忽視的影響。


      觀察斷口形貌發現斷面上大部分呈平整光滑狀態, 且有多個斷裂面, 接近斷口中間部位可見 “人” 字形花紋 (放射條紋) , 該刀具的斷裂應屬脆性斷裂。沿“人” 字形花紋, 可確定裂紋源見圖2中箭頭A所示。斷裂尾部很小區域可見撕裂狀, 呈灰白色, 如圖2中箭頭B所示。


      圖1 斷裂刀具外觀形貌


      圖2 斷口宏觀形貌


      2.2 成分分析


      通過對斷裂刀具樣品取樣, 進行化學成分分析,所得結果如表1所示 [2] 。



      由表 1 可以看出, 原材料的化學成分符合 GB/T1299-2014 《工模具鋼》 的國家標準要求, 不會對刀具的顯微組織和力學性能造成較大影響;另一方面, 雜質元素S、 P均未超標, 不至于導致刀具的斷裂, 由此判斷, 該刀具的斷裂不是由化學成分引起的。


      2.3 硬度測定


      對失效刀具進行宏觀檢查及成分分析的同時, 還對其各部位的硬度進行了檢測, 從刀具邊部到裂紋邊緣每隔10mm打硬度 (HRC) 代號1-10, 硬度結果如表2所示。



      在靠近斷裂邊緣取3個試樣進行洛氏硬度檢測,檢驗結果為57.7HRC、 57.9HRC、 58.0HRC。從硬度值來看, 試樣的硬度分布很均勻, 斷裂邊緣的平均硬度為57.9HRC, 符合材料的使用硬度。并且斷裂邊緣的硬度與遠離裂紋區硬度無明顯差異, 由此判斷, 該刀具的斷裂不是由于材料的硬度不均引起的。


      2.4 金相分析


      (1) 裂紋形貌。對裂紋邊緣腐蝕后的金相顯微組織進行觀察和分析, 裂紋邊緣未見氧化和脫碳現象,說明裂紋是在熱處理后產生的。


      (2) 高倍檢驗。首先對裂紋周邊的夾雜物進行檢驗, 裂紋周邊未見異常的夾雜物、 疏松、 氣泡等冶金缺陷。裂紋區和遠離裂紋區金相組織基本類同, 4%硝酸酒精腐蝕后的金相組織均為回火馬氏體+塊、 粒狀碳化物+少量殘余奧氏體, 屬正常金相組織。


      (3) 碳化物不均勻度。對斷口處沿開裂方向分別取樣進行高倍觀察, 經4%硝酸酒精腐蝕后, 進行顯微組織分析發現, 裂紋區和遠離裂紋區共晶碳化物呈半連續的扁平網狀分布, 單顆粒共晶碳化物形狀大多呈細長條狀和小塊狀, 塊度差別不大。如圖3所示, 按GB/T14979標準中第四評級圖可評3級, 滿足標準要求。


      圖3 碳化物不均勻度


      2.5 熱處理工藝分析


      該刀具所采用的熱處理工藝為球化退火和淬火+低溫回火兩部分構成。球化退火的目的是為了改善毛坯的組織, 降低材料的硬度, 便于切削加工, 同時為后續的熱處理工藝做好組織準備。從實際的操作記錄看, 球化退火采用860℃+740℃兩段退火, 工藝合理。淬火和回火工藝為 970℃~990℃加熱油淬、160℃~180℃回火2~4h。通過與用戶了解, 材料球化退火后, 從室溫直接加熱到淬火溫度進行油冷淬火, 這將造成模具的脆性增加。由于Cr12MoV鋼是高碳高鉻鋼, 其熱導性較差, 淬火前最好進行預熱保溫處理 [3] , 否則會在升溫過程中因模具內外溫差較大而產生應力, 導致模具內部微裂紋的產生。


      3 分析與討論


      由于前期刀具設計問題, 在選料時沒有考慮留出足夠的加工余量, 使刀具表面精加工后, 成品刀具一部分還存在殘留黑皮。此外, 由于殘留黑皮的存在,精加工時表面受力不均, 產生熱量, 導致內部組織應力大為增加, 表面局部應力復雜化, 產生應力集中, 材料也容易出現脆性開裂。從該刀具裂紋斷口的 “人”字型花紋也印證了該斷裂是在復雜應力作用下造成的脆性斷裂。


      經顯微組織分析, 該刀具的材料原始組織中存在共晶碳化物半連續網狀偏析, 該類共晶碳化物的存在, 也使材料有一定的脆性斷裂敏感傾向。此外Cr12MoV鋼是一種高碳高鉻的冷作模具鋼,熱導性較差, 成品刀具在沒有預熱的情況下直接加熱到淬火溫度, 因材料內外溫差較大而產生應力, 可導致模具內部微裂紋的產生, 誘發開裂失效。


      4 結論與建議


      (1) 原材料加工余量小, 刀具表面存在的殘余黑皮, 精加工磨削時表面受力不均, 產生應力集中, 這是導致刀具斷裂的主要原因。建議用戶合理設計刀具尺寸, 合理選材。


      (2) 失效刀具中的共晶碳化物呈半連續網狀, 使材料有一定的脆性斷裂敏感傾向。建議原材供應商進一步改善鋼材原始組織。


      (3) 建議用戶在淬火加熱時根據模具的尺寸大小復雜程度進行兩次以上的預熱保溫, 以減少模具內外的溫差, 降低材料的內應力, 有效地提高模具使用壽命。(內容源自《模具制造》月刊


      41.9K

      最新文章

      一品道一本到免费视频
      <code id="lpb44"></code>
        <code id="lpb44"></code>
        <th id="lpb44"><sup id="lpb44"></sup></th>
        <code id="lpb44"></code>