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H13 大型挤压模具分流桥断裂失效分析

2014-11-19 10:08| 发布者: 虫儿飞| 查看: 2734| 评论: 0|来自: 中国电镜网

摘要: 某大断面 H13 铝型材挤压模具经过短期服役后,模具分流桥根部发生断裂,在原材料和制造过程未见异常的基础上,围绕材料的性能、组织、化学成分和失效件断口等对该模具进行分析,结果表明,模具失效原因是由于热处理性 ...


1.6 显微组织分析

分流桥失效部位附近显微组织见图 10,经调质处理组织为回火索氏体+隐针马氏体+残余奥氏体和少量碳化物,无过热特征,回火工艺为:一次回火 585 ℃保温 6 h,二次回火 605 ℃保温 6 h。从组织上观察材料中的残余奥氏体量较多,表明模具在热处理过程中存在回火不足,残余奥氏体量越多,硬度越低;由图 11 可见,裂纹从模具的边缘向基体内扩展延伸,边缘区未见可疑夹杂物、碳化物等明显缺陷,模具表面经过渗氮处理,未见白亮层,渗氮工艺没有问题。 该失效模具的晶粒度较正常模具晶粒偏大如图 1213 所示,按照 GB/T6394-2002 金属平均晶粒度测定方法检测其晶粒度为3 级,设计要求模具钢晶粒度达到 7 级以上,由此分析该钢原材料晶粒组织粗大是影响模具失效的一个主要原因。


 



1.7 化学成分分析

化学成分分析结果见表 2,其结果符合标准要求。

2 化学成分分析结果(质量分数,%

Table 1 Results of chemical composition analysismass fraction%

2 分析与讨论

 

综上所述,影响 H13 模具使用寿命因素很多,根据对失效模具的断口进行分析,分流桥根部断裂为典型脆性断口,有明显放射棱线并出现线性多源特征,扩展区存在大量沿晶二次裂纹,从模具的失效位置进行受力分析,上模在挤压过程中,分流桥部位承受较大应力,主要以张应力为主,同时长时间处于高温、动载荷作用下,该部位性能下降迅速,模具分流桥根部与模芯过渡区截面尺寸发生很大变化,从而在该部位产生应力集中对模具的断裂有严重影响。

金相显微组织中存在较多残余奥氏体,基体硬度为 41~42HRC,较设计要求低,存在热处理过程中淬火温度偏低、模具淬火冷却能力不足、回火不充分等原因。显微组织中未见过热与过烧组织,但晶粒组织粗大超出设计要求是造成模具失效的主要原因之一。根据力学性能检测结果分析材料的屈强比偏小,而屈强比大小主要由热处理工艺决定的,因此该模具的热处理工艺有待改进:该模具原热处理工艺最高淬火加热温度为 1025℃,根据相关资料[8]H13 钢淬火加热温度范围 1020~1050℃,建议改进措施提高淬火温度到 1030~1040℃;原回火制度采用 2 次回火,第一次为 585℃保温6h,第二次为 605℃保温 6h,建议采用 3 次回火,第一次 585℃保温 6h,第二次 605℃保温 6h,第三次 585℃保温 6h,目的是提高模具的回火稳定性、红硬性。

从使用条件分析,已知在挤压前模具预热 500±10℃,铸锭加热 525±5℃,挤压速度为 0.7~1.3m/min,挤压过程中模具产生大量的热以及铸锭向模具进行热传递,模具温度升高,而挤出型材只带走很少一部分热量,由图 8 分析,模具在 500~550℃工作时,硬度下降的比较缓慢,稳定性也较高;而在 550~600℃时硬度下降的非常快,在此温度范围内长时间工作必然导致提前失效,如果铸锭加热温度过低,在挤压过程中挤压机容易发生闷车,而铸锭加热温度过高,则影响型材表面质量,如果在铸锭高温下保持正常的挤压速度,模具温度就会升高,从而影响模具的使用寿命;建议改进措施模具在试模阶段要以低于正常时的挤压速度进行挤压,待模具基本稳定后在提高到正常挤压速度,铸锭加热温度要合适,所以严格控制挤压工艺参数的合理性,这对模具的使用寿命有重要意义。

 

3 结论

1 上模分流桥断裂为脆性断裂;

2 上模的开裂与其加工工艺无直接关系,主要原因模具钢原材料晶粒粗大影响模具的冲击韧性,在发生热疲劳后出现沿晶二次裂纹;

3 由于热处理性能没有达到技术要求,硬度低、屈强比小、模具的使用温度过高、分流桥根部产生应力集中等综合原因从而导致模具失效;

4 模具钢原材料晶粒度应控制在 7 级以上,工作温度在 500~550℃下使用稳定性较高,严格控制挤压工艺参数,从而有效提高模具使用寿命。

 

参考文献

[1] 张银意.H13 钢铝型材挤压模具失效分析及其热处理工艺优化[D].广西:广西大学学位论文,2010,29-44.

[2] 崔约贤,王长利.金属断口分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,199824-26203-210.

[3] 吴俊峰.上夹板断裂原因分析[J].失效分析与预防,2012,71):25-28.

[4] 陈君才.金属构件的失效分析[M].四川:成都科技大学出版社:198722-49.

[5] 师昌绪,钟群鹏,李成功.中国材料工程大典(第 1 卷)——材料科学基础[M].北京:化学工业出版社,2005717-825.

[6] DIEVAR 瑞典热作模具钢原材料技术指导书.瑞典 UDDEHOLM 集团成员壹胜百模具(北京)有限公司:5.

[7] 全国钢标准化技术委员会.GB/T 12992000 合金工具钢[S].北京:中国标准出版社,2000

[8] 徐进,姜先畬,姜先畲等.模具钢[M].北京:冶金工业出版社,1998:240-250.

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