模具失效的案例分析
发布时间:2020-04-16 18:43

  班级: 质料11302班 组号: 第 07 组 组员:陈帅挥 徐文涵 张栋 H13钢汽车热锻模具失效机理分 析 1)模具及质料根基概略 2)模具失效的阐明机谋 3)模具失效的阐明及结 论 4)办理方法 H13钢汽车热锻模具失效机理分 析 1)模具及质料根基概略: 模具质料及模具加工形式: 目前,邦内汽车热锻模具钢多数采用 H 系列钢,具有 较高的高温强度和抗回火才智,红硬性好,且有优良的抗 高温疲惫侵蚀功能。此次阐明的热锻模质料均为 H13 模 具钢 , 钢号 4Cr5MoSiV1 , 其规范质料的化学因素如外 1 所示 。热锻模具质料的热经管工艺流程为 : 去应力退 火 →淬火 → 3 次回火,模具外貌还举行了氮化经管 , 最终洛氏硬度 (HRC) 正在 49 ~ 50. 此次阐明的汽车热锻模具利用于 轴类毛坯件的粗锻阶段,胚料初始温 度 1200~1300℃,因为热作模具的 工模作具面的往工往作与环高境温及坯寿料命直接触,模具 型腔的瞬时温度可达 600~700 ℃。 别的,模具管事 中需采用喷水冷却, 不断时候大约正在 0.2~0.4S,如此 使得模具正在管事中形成周期性的温度 转移,冷热瓜代轮回易惹起热疲惫。 模具利用寿命考察涌现,利用寿命较 短的热锻模 具正在 1600~1800件,使 用寿命较长的正在 5500~7000 件,模 具均匀寿命正在 4000~5000件,寿命很 不坚固, 而海外同类模具利用寿命 2)模具失效的阐明机谋 外貌宏观阐明 对失效热锻模管事面宏观描写察看,大 片面失效热锻模都是正在外貌展现了分别水平 的毁伤,外貌的磨痕懂得可睹:沟痕、划伤、 粘着磨损形势。除磨损外,尚有巨额的冷热 疲惫裂纹,呈网状 (龟裂状)或放射状漫衍。 裂纹处的显微描写 为进一步察看裂纹部位的细节,采纳了具有样板裂纹的 上模下端面的失效部位,用线切割机切瓦解纹部位,举行取 样阐明,样件尺寸 10mmX 10mmX 6mm。通Philpsquant-200 型扫描电子显微镜举行观测,取得了分别倍数的扫描电镜图 片,可能看到,正在失效模具外貌边沿处展现巨额的蚀点 , 边沿磨损主要,遗失样子 。模具外貌漫衍裂纹 ,裂纹深浅 水平纷歧,主裂纹四周伴有巨额轻微裂纹 ,靠 近模具端部 的轻微裂纹仍然纵横疏导,由边沿向内部延长 。裂纹内有 氧化物搀杂 ,而且模具端部裂纹外貌有片面零落 ,零落部 分面积大约有 200 mm x 80 mm巨细。模具质料的外层结构 产生转移 ,有外貌氧化形势 。 能谱阐明 为了更深化地研 究模具失效的来因, 判断裂纹外里元素含 量的转移及合金元素 扩散的景况,举行了 裂纹区域的能谱阐明 (EDS)。为便于斗劲, 正在试样上采纳了位于 裂纹处及基体上的A,B 两个点举行扫描,利 用GENESIS型能谱阐明 裂纹A与裂纹B处的元素景况 3)模具失效的阐明 及结论 裂纹内及裂纹左近均展现了氧元素,裂 纹处的含量更高 ,模具钢外貌产生了氧化 侵蚀裂,纹且处裂的纹扫处描氧图化谱厉中重没。有涌现合金元素 M n ,M o ,V ,Si,裂纹左近的合金元素 也产生了转移 ——合金元素含量转换。 由此可知,正在高温侵蚀的情况用意下, 失效模具钢外貌的合金元素举行了从新分 布 ,裂纹处的合金元素 M n,M o,V ,Cr 的含量大幅低落 ,导致模具质料的片面强 度降落 ,变成大概的裂纹萌生源 。这种初 始裂纹正在外载荷,加倍是猛烈的打击载荷和 冷热瓜代轮回形成的交变热应力用意下,极 易拉长。扩展的裂纹逐步疏导统一 ,即可 形成宏观裂纹 ,形成龟裂形势 。别的 , 正在化性层氧高物的化,温的对裂现加腐脱裂纹象速蚀落纹内了,降落深未外所模低处睹层以具了的有磨,外模进脱损可面具一碳以产外步,认,生的研最为裂氧耐究终纹裂化磨外导内纹物性明致部不,和,模也是脆抗穿具未由性氧过失睹热氧化外效。 经管形成的。 近的显微硬度。从衡量结果看 ,可能观 察到失效模外貌有一退化层 ,其深度正在 300~800m之间,退化层上漫衍有裂纹 ; 越亲密质料外貌硬度值越低 ,硬度值的 转移边界正在 195~455HV 之间,而H13 模具钢原始硬度应正在 500 HV安排 。而 且模具钢外貌经由高温氧化侵蚀后 ,材 料内化学元素含量的比例产生转换 ,合 金元从新漫衍 ,且越亲密外貌的部位合 金元素低落越主要 ,硬度也随之降落的 越疾,由此可能推测,硬度的转换是由 质料内元素因素的转移惹起的, 图中给出了显微硬度漫衍结果 。由上述 试验阐明可知 ,正在高温高压的管事情况 中,质料外貌因素转换 ,片面外貌合金 某失效模具钢外层质料 元素的低落,直接导致了模具质料功能 的硬度转移弧线 的降落 ,正在猛烈的打击及热疲惫载荷作 用下 ,正在该部位起初展现破损 ,鲜明 , 惹起热锻模具失效的初始败坏是从质料 的外貌初步的。初始破损正在打击载荷和 热疲惫载荷瓜代用意下 ,持续扩展延 伸 ,互相领会 ,变成宏观裂纹 ,加上 结论 导致汽车热锻模失效 的厉重原 因是 : 模具型腔外貌的热磨损 、高温氧化及 热疲惫裂纹。 4)办理的方法 模具管事面外层质料的功能对模具的最 终服役 寿命起到至合紧张的用意,要升高 模具的管事功能, 耽误其利用寿命,也应 从质料 的外貌发端。跟着质料外貌工程处 理技巧的发达,通过外貌工程的技巧机谋, 可能很好地改良质料 的外貌功能,如升高 质料的抗高温侵蚀功能,耐磨损功能,提 高疲惫强度等。常用的外貌经管机谋如外 面喷涂,外貌溶覆等工艺可明显地升高材 料的硬度及耐磨性,可大大地升高热锻模 参考文献 【1】樊东黎,王广生,热经管手册【M】. 北京:呆滞工业出书社,2001. 【2】徐进.陈冉技.模具钢【.M】.北京: 冶金工业出书社,1989. 【3】曾珊琪,丁毅,模具寿命与失效 [M】.北京:化学工业出书社,2005. 【4】宝志坚 .汽车热锻校具的失效机理 及延寿技巧【D】.北京:华北电力大学, 2006. 【5】徐滨士.奇特的外貌工程【M】.北京: D型石墨合金灰 铸铁玻璃模具的 裂纹失效阐明 目次 1、模具与模具质料 2、模具腔内裂纹阐明 3、结论 4、鼎新方法 1、模具与模具质料 玻璃模具的常睹毁伤来因及功能条件 正在玻璃成品临蓐流程中,熔融的玻璃料由滴料机 送入玻璃模具中,热量由模具内扩散到外部,疾 速冷却使玻璃料成型,然后开模,取得玻璃成品。 因为模具内腔频仍与高温粘滞玻璃接触,必然要 继承玻璃料的磨损及侵蚀;同时成品正在模具内成 型,则要经受 1100℃安排的熔融玻璃到出模的 600℃安排成型成品的敏捷温度轮回;是以条件玻 璃模具正在高温下具有优良的耐磨损、耐侵蚀、抗 氧化性、导热性以及抗热疲惫性等功能,别的, 玻璃模具还应具有肯定的机加工性,材质致密, 热膨胀系数小,本钱低廉等特征。 D型石墨合金灰铸铁的功能 D 型石墨是灰铸铁铁液正在较高过冷度的条款下变成的奥 氏体枝晶间点状石墨。 正在基体结构相通的景况下,D 型 石墨铸铁的强度高于平凡 A 型石墨铸铁。加之D 型石墨 漫衍更为轻微平均,端部较钝,不会惹起较大的应力集 中,并且正在共晶团之间不会互相接触,正在结构致密性、 抗氧化性、耐热疲惫性等方面也涌现优良。 D型石墨合金灰铸铁以其优良的抗氧化功能被普遍利用 于玻璃模具。正在 D 型石墨合金铸铁模具的临蓐流程,通 常采用合金化和内腔激冷工艺,以取得优良的 D 型石墨 样子,升高模具的抗氧化性、耐磨性和抗热疲惫功能。 不过,倘若工艺局限不厉,会正在模具结构中变成晶间碳化 物,退火时难以全体消亡,导致模具正在利用流程展现裂 纹,影响模具的利用寿命。 模具的临蓐工艺 铁水正在容重 500KG 的中频无芯感到电炉熔炼,加料递次 为废钢、铁合金、回炉料、生铁,铁水熔炼温度 1500~ 1520℃。为了缩短出炉到浇注的时候,避免产生阑珊,添 加回炉料低落铁水出炉温度,出炉时随铁水流产生列入 0.4-0.6WT%的 SH 产生剂。采用冷铁正在上的单箱无冒口树 脂砂成形工艺锻制成形,浇注速率约 25S/模,500KG 铁 水正在 3-5MIN 内浇完。合金铸铁的化学因素如下外 所示。 模具落砂整理后举行退火铁处液理化。学成采分用功率为 120K W 的台 车式电阻退火炉,以约110℃/H 的升温速度由室温加热到 910℃,保温 6-8H,然后随炉冷到至400℃以下后出炉空冷。 图 为合金铸铁模具退火的结构。退火 后的结构为铁素体基体,但结构中仍 残余少量的珠光体和碳化物。 2、模具腔内裂 纹阐明 裂纹的宏观描写 正在服役流程中,展现早 期内腔裂纹失效的模具 如右图所示。图中,模 具内腔外貌存正在三条肉 眼可睹的裂纹。一朝出 现这种裂纹,就会正在玻 璃成品外貌留下印迹, 影响成品外貌质地;如 果连接利用,模具还会 展现断裂的紧张。 模具内腔裂纹宏 观描写 裂纹的微观描写 为了阐明上述倾向裂纹的变成来因,正在模具内腔 外貌截取裂纹试样举行了微观阐明。用线切割正在 模具内腔外貌截取包罗裂纹的矩形试样若干,试 样尺寸为30MM×30MM×30MM。经研磨、掷光, 因为倾向裂纹较长, 将裂纹分为了三个部 分。 图示为裂纹的肇始扩 揭示妄图,裂纹是沿 奥氏体枝晶交壤处传 播的,这是由于奥氏 体枝晶间存正在元素和 图裂夹度纹示杂相周为的对边裂偏较的纹析低组的,。织中结未段合发,强 生显然的结构转移, 但裂纹正在宣扬的流程 中图发示生为分别枝纹。的结尾, 从图中可能看出,裂 纹较细、无分枝,裂 纹周边的结构无显然 的相变。 图 示为裂纹周边与远离裂纹处的结构比拟, a为裂纹周 边 ,b为远离裂纹处。 由此可睹,裂纹周边因热疲惫而产生完了构转移,这种相 变会形成较大的应力,当应力得不到开释时,就会正在模具 外貌形成裂纹。 由上述金相结构阐明,可能得出:正在裂纹前段,裂纹左近 结构正在热轮回用意下已产生较主要的结构相变;有大概是 裂纹形成的起源。正在裂纹结尾,结构寻常,是初始裂纹正在 应力的用意下 沿晶间弱连接面 扩展的结果。 对裂纹试样举行SEM阐明。 图为裂纹左近的结构。正在 裂纹两侧可能分明地看到 铁素体枝晶以及显然的氧 由化图斑可,以而看正在出晶,界正在处晶存界正在处大存 正在量块细状小和的不白同色粒颗径粒的。颗粒状 夹经杂成物分。阐明可知,块状和粒 状搀杂均为碳化物颗粒,碳 化物中含有少量的 Mo 和 Ti, 即含 Mo 和 Ti 的合金渗碳体。 块状碳化物和颗粒状碳化物 的变成流程分别,块状碳化 物应为锻制流程形成的,而 正在退火流程中未全体溶入奥 氏体,残留正在晶界。小的颗 粒状碳化物则是因为模具正在 利用流程中,受热时,碳或 察看裂纹左近结构晶界处描写,可能看出, 结构中包罗块状磷共晶、碳化物、析出碳 化物、二次石墨等,个中块状磷共晶和碳 化物为铸态,退火经管中未全体消亡;二 正在700℃以上的高温下,基体铁和石墨城市产生激烈的 氧化,并且石墨越数目众,石墨片越粗大,氧化越主要。 正在模具服役流程中,模具质料会再三地经由铁素体和奥 氏体转嫁区域,碳持续地溶化与析出,势必会酿成体积 膨胀与结构内部应力; 因为石墨对基体有极端猛烈的瓦解用意,且石墨片越粗 大,端部越锋利,这种瓦解结果越显然,从而低落质料 的强度,成为基体的裂纹源; 基体结构中若存正在大块状碳化物,这种高温下不坚固的 异质相正在模具管事流程中会片面产生石墨化转嫁,导致 模具高温成长;同时正在晶界析出的块状碳化物会惹起脆 性,正在热应力的用意下加快裂纹源的萌生与扩展; 常温下晶界强度大于晶粒强度,是以晶粒越轻微,晶界 就越众,强度也相对越高;但正在高温下,跟着温度的提 高,质料晶界强度和晶粒强度同时降落,并且晶界强度 结论 从上述阐明可知,模具正在利用流程形成裂纹的来因是:正在 再三的受热、冷却流程中碳化物的溶化和析出,酿成较大 的相变应力。相变应力与玻璃液的摩擦应力叠加,正在晶界 萌生裂纹并沿晶界扩展。结构中块状碳化物和磷共晶与基 体结构热膨胀系数相差较大,或是因为石墨片对基体的割 裂用意,容易正在端角处形成应力纠集,煽动裂纹的变成与 延长。 鼎新方法 由裂纹失效阐明可知,形成裂纹的厉重来因是模具 结构中存正在 E 型石墨、粗大的碳化物和磷共晶等, 而这些结构的变成与铁水熔炼、产生经管及模具毛 坯的退火工艺亲切联系。是以,可能从铁水熔炼、 产生经管以及退火工艺等方面举行鼎新,到达改良 模具结构,升高模具的抗热疲惫功能。 对 D 型石墨合金灰铸铁,铁水正在 1510℃~1520℃熔 炼、并静置 5min 以上,有利于升高铁水的冶金质 量。采用 0.03~0.05wt%的 RE 二次产生和 0.005~0.01wt%含 Bi产生剂型内产生,模具可取得细 小的 D 型石墨,结构的平均性显然升高,基体结构 中的碳化物和磷共晶数目明显低落。将 D 型 石 墨 合金灰铸铁的高温石墨化退火温度由 900℃-910℃ 提 高 至930℃-960℃,加众 720℃~750℃石墨化保温时候,有利于取得全铁素 体基体、碳化物弥散轻微的结构,退火时候较原工

  模具失效的案例阐明_物理_自然科学_专业原料。班级: 质料11302班 组号: 第 07 组 组员:陈帅挥 徐文涵 张栋 H13钢汽车热锻模具失效机理分 析 1)模具及质料根基概略 2)模具失效的阐明机谋 3)模具失效的阐明及结 论 4)办理