H13模具鋼半軸旋轉(zhuǎn)鍛造模具裂紋破裂分析

　　簡(jiǎn)要描述;簡(jiǎn)介

　　11811半軸旋轉(zhuǎn)鍛造模具H13熱模具鋼制造，相當(dāng)于中國(guó)生產(chǎn)的4CR5MOSIV1鋼。

　　H13模具鋼半軸模具僅在使用中僅加工3到4個(gè)鍛件。裂縫位于模具中心的蘑菇頭的中間，并以整體剝離裂縫形式出現(xiàn)（見圖1）。我們開展了物理化學(xué)測(cè)試和對(duì)早期開裂骨折的分析，調(diào)查事故的原因，尋找解決方案和措施，導(dǎo)致生產(chǎn)和加工成正常狀態(tài)，符合產(chǎn)品的正常交貨時(shí)間，大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.宏觀觀察

　　在視覺上，半軸鍛造模具的中心存在兩個(gè)透明的同心弧。圖下圖下方的第一弧的邊緣顯示出顯著的多步條紋，其屬于應(yīng)力集中和延伸。左上角和右上左上的兩側(cè)和定位耳膜腔中有一個(gè)深溝，用于處理半軸法蘭的外端。右定位耳朵模式腔的下邊緣具有略微彎曲的多源步驟條紋，沿條紋的裂縫延伸，并且從左側(cè)到左側(cè)的前進(jìn)直到達(dá)到左側(cè)定位耳模式腔。裂縫表示第二裂縫沿著第一環(huán)形裂縫延伸形成一排多源步驟條紋，并繼續(xù)膨脹（在模具的中心），直到上側(cè)的第二弧線。在第二弧度上方的斷裂區(qū)域中，裂縫迅速擴(kuò)展到蘑菇頭和裂縫的中間?？梢钥闯?，第二弧高于裂縫的瞬時(shí)斷裂帶，并且在骨折區(qū)中粗糙晶體的h13目前價(jià)格中性骨折，這是過熱組織的特征形貌（參見圖2）。

　　半蘑菇頭從半軸旋轉(zhuǎn)鍛造模具的中心落下，蘑菇頭的破裂對(duì)應(yīng)于半軸旋轉(zhuǎn)鍛造模具的破裂。圖的頂部的第一弧是主要的裂縫終端線。電弧上的多源步驟條紋更清晰，而較低的第二弧比更突出，整個(gè)斷裂更加立體，更令人信服，并解釋（見圖3）。

　　從蘑菇頭的表面，我們可以看到左側(cè)和右側(cè)的耳朵模式腔的形狀，腔的上槽已經(jīng)切割，并且下槽保持完整。右定位耳模式腔對(duì)應(yīng)于模具裂縫的裂紋源區(qū)，并且在突破處沒有明顯的變形。由少量擠壓損傷引起的裂縫邊緣具有少量的擠出損傷，表明裂縫延伸是由最終骨折引起的擠出和變形，進(jìn)一步證明左側(cè)定位耳罩腔的裂縫是稍后引起的休息。通過線切割切斷破碎的半蘑菇頭，并進(jìn)行物理和化學(xué)檢測(cè)和分析。

　　采樣位置如圖所示，并且沿著斷裂邊緣部分地采樣樣品1至3＃。特別地，由于宏觀觀察，買h13模具鋼耳朵模式腔底部的凹槽是尖銳的，并且裂縫沿著腔底部的凹槽的邊緣形成。為了發(fā)現(xiàn)突破的應(yīng)力集中太小，沿著左腔的中間部分切割樣品。同時(shí)，將樣品切割在人口普查頭中心，以檢查在裂縫蘑菇頭期間不同階段（見圖4）的不同階段的斷裂特性和微觀結(jié)構(gòu)變化。

　　3.化學(xué)分析

　　從裂縫故障的半軸模具切割切割尺寸為25mm×25mm×15mm（長(zhǎng)度×寬度x厚），并通過Labspark5000精密直接火花譜儀檢測(cè)其化學(xué)成分。測(cè)試結(jié)果（見計(jì)劃）表明化學(xué)成分符合材料標(biāo)準(zhǔn)。

　　原料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）試驗(yàn)結(jié)果（％）

　　碳鉻鉬硅

　　C

　　Si.

　　MN.

　　鉻

　　衛(wèi)生官員

　　V.

　　S.

　　P.

　　標(biāo)準(zhǔn)值

　　0.320.45

　　0.801.20

　　0.200.50

　　4.455.50

　　1.101.75

　　0.801.20

　　≤0.030.

　　≤0.030.

　　測(cè)量

　　0.366

　　0.982

　　0.352

　　4.875

　　1.233

　　0.899.

　　0h13目前價(jià)格.014

　　0.012

　　4.金色測(cè)試

　　樣品1是位于模具左側(cè)的耳朵模式腔的中間部分。金屬間組織表示腔槽底部的R角度太小，并且R角半徑在測(cè)量后僅0.40mm。根據(jù)該文件，步驟和溝槽的R角半徑必須以0.50mm或更大控制，否則應(yīng)力濃度將很大，并且易于引起熱處理淬火和開裂。

　　進(jìn)一步觀察金相組織表明，沿直角弧有三個(gè)不同長(zhǎng)度的裂縫，每個(gè)裂縫幾乎垂直于直角弧，裂縫深度小于0.10毫米（見圖5）。高故障，第一裂縫是最長(zhǎng)的，裂縫開口和尾部之間的間隙寬度基本相同，并且尾部連接到淺灰色的非金屬夾雜物，并且夾雜物的頭部已熔化成一個(gè)洞。低熔點(diǎn)夾雜物的最小熔化溫度約為1200℃，表明模具的加熱溫度應(yīng)高于該溫度（參見圖6）。第二個(gè)裂縫是中間的短裂縫，其尾巴也鈍。裂紋間隙填充高溫氧化物。裂縫周圍的結(jié)構(gòu)與腔的表面相同，并且存在輕微的氧化和去除。這里的裂縫是擠出和折疊裂縫在成型期間鍛造（見圖7）。第三裂縫是最短的，并且原因與第二裂縫相同，圍繞裂縫的氧化物浸潤(rùn)更明顯（見圖8）。

　　樣品2是模具右側(cè)的耳狀腔的中間部分。腔槽底部沒有直角，幾乎直角，應(yīng)力集中的理論值是無限的。厚且短的裂縫（見圖9）可以在凹槽底部的直角處清晰。當(dāng)篩網(wǎng)進(jìn)一步放大時(shí)，可以清楚地觀察到裂縫是V形開口裂縫，覆蓋裂紋間隙兩側(cè)的淺灰色高溫氧化物，并且附著細(xì)長(zhǎng)裂紋。裂縫的左邊緣也具有較長(zhǎng)的懷疑非金屬夾雜物。從裂縫開口到暗尾，它應(yīng)該屬于模具鍛造的擠出折疊裂縫，細(xì)長(zhǎng)裂縫屬于應(yīng)力膨脹裂縫（見圖10）。

　　3個(gè)樣品是裂紋蘑菇頭的中間部分。當(dāng)沿圖1所示的第一弧的下部區(qū)域觀察時(shí)。如圖2所示，破碎的晶體骨折破裂，并且在斷裂表面上存在非常薄的淺灰氧化物層。此時(shí)的裂縫應(yīng)該是應(yīng)力裂紋裂縫的快速膨脹。從斷裂覆蓋的氧化物薄層是已知裂縫在高溫下氧化，因此可以推斷出此時(shí)的裂縫是熱處理淬火應(yīng)力裂紋。裂縫附近的基組織是相對(duì)粗糙的，并且裂縫的上部的白色明亮的圓形斑點(diǎn)是當(dāng)切割線時(shí)由鉬導(dǎo)線熔化的顆粒（參見圖11）。當(dāng)觀察到第一弧和第二弧之間的區(qū)域時(shí)，示出了破裂以顯示鋸齒狀的晶體裂紋。斷裂左側(cè)的彎曲坑是包含由裂縫延伸引起的夾雜物。突破的右側(cè)是直角坑，這是一種由于過熱而削弱的顆粒。裂縫附近的微觀結(jié)構(gòu)非常粗糙，表明材料的加熱溫度非常高（見圖12）。部分骨折表明顆粒是粗糙的，并且整個(gè)突起在裂縫處可見（見圖13）。骨折外部在第二弧中燒蝕，但斷裂表面層不被氧化物覆蓋，符合裂縫膨脹的最終骨折區(qū)的特點(diǎn)，裂縫附近的基質(zhì)組織仍然相當(dāng)厚（見圖14）。

　　在低鏡下觀察3＃樣品的金相組織。底物中的粗晶點(diǎn)的厚度不均勻，表明材料過熱嚴(yán)重（見圖15）。在高倍率下，粗晶體點(diǎn)區(qū)域顯示了馬氏體取向結(jié)構(gòu)的厚度，部分甚至粗框架結(jié)構(gòu)，但仍然分離了球形回火的條紋結(jié)構(gòu)（參見圖16）。基質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在大量的黑點(diǎn)，這是非金屬夾熔孔。由于熔化孔周圍的氧化和不利碳和合金，淬透性顯著降低[8]。在熱處理和淬火期間，過脫機(jī)過渡是黑色柔性結(jié)構(gòu)，其也是過熱特征結(jié)構(gòu)（參見圖17）。包含顆粒的顏色是顯而易見的，但黑色屈肌結(jié)構(gòu)并不明顯。黑色他媽的圍繞著較小的夾雜物（見圖18）更明顯。

　　5.結(jié)論分析

　　11811在鍛造工藝中的半軸刺入模具，在定位耳罩的凹槽中具有太小的R角和銳角，在凹槽處過度變形，導(dǎo)致擠出折疊裂縫。腔罐中的過大角度和急性角度在熱處理和淬火期間引起非常強(qiáng)烈的應(yīng)力集中，并且原始的偏離折疊裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大開裂并前進(jìn)第一電弧形成環(huán)形裂紋。當(dāng)使用模具時(shí)，在鍛造應(yīng)力的作用下h13目前價(jià)格，裂縫沿第一電弧形成多源步驟，并繼續(xù)擴(kuò)展到模具的中心，直到第二弧。此時(shí)，延長(zhǎng)的斷裂足夠大，并且剩余的橫截面可以不再承受鍛造處理的實(shí)際應(yīng)力，因此裂縫迅速擴(kuò)展，形成傾斜的切向應(yīng)力瞬時(shí)裂縫區(qū)，最終導(dǎo)致蘑菇頭模具中心。

　　在模具制造過程中發(fā)生了材料結(jié)構(gòu)的過熱，從熔融孔和非金屬夾雜物的不規(guī)則粗晶點(diǎn)。由于高加熱溫度，高于1200℃，晶粒生長(zhǎng)迅速，形成粗糙的微觀結(jié)構(gòu)，在隨后的熱處理期間難以消除。粗糙過熱微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶體互連和脆化，非金屬夾緊熔融孔顯著降低了基板的強(qiáng)度，從而進(jìn)一步降低了材料的強(qiáng)度和韌性，在鍛造過程中增加了模具，熱處理淬火過程和使用裂解趨勢(shì)在過程中。