文档介绍：2011-10-21
模具失效案例分析
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Cr12型钢制冷作模具失效案例分析
材料10801班 陈磊
2011-10-21
模具失效案例分析
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Cr12型钢的材料特性
Cr12型钢作为高碳高铬钢, 是冷作模具钢系、
列中的主要钢种,多年来在制造业中得到广泛
应用。Cr12型钢的化学成分 (质量分数,%)特
点是含有 1 . 3~2 . 3C和 11 ~ 13Cr。
Cr12型钢所具有的硬度高、 耐磨性高、 热处
理畸变小和承载力大的特点,使其能在相当大程
度上满足冷作模具的服役要求,因而常常用来制
作冷冲模、 落料模、 切边模、 拉丝模、 冷
模、 冷挤压模以及粉末冷压模等多种模具。
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本文选取若干典型案例对 C r12型钢制冷作模具常
见失效类型和失效原因进行分析研究。通过对失效
模具的宏观检查、 金相分析、 断口分析以及共晶
碳化物的评判等, 分析和讨论模具失效的原因。
案例选择
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Cr12MoV钢制模板残件外观和断口宏观形貌图
长度约占模板
横向长度 3 /5的裂纹
人字形开裂花纹
残件
外观
断口宏
观形貌
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钢模板试样纵向 ( a)和横向 ( b)磨面的金相显微组织
( a)钢中共晶碳化物呈轻度的带状偏析
( b)共晶碳化物呈连续和半连续的扁平网状分布
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显微组织分析
上述共晶碳化物形状大多呈细长条状和小块状, 块
度差别不大。而碳化物棱角已有较好程度的圆钝化,
说明其淬火加热较为充分。图 2显示,材料的显微组织
为隐针马氏体 +较大量的残留奥氏体 +呈带状 (纵向 )
及连续和半连续的扁平网状偏析的条块状共晶碳化物
以及沿晶析出的点粒二次碳化物。但同时从上述组织
中也观察到, 此Cr12钢制冷作模板存在回火不足现
象。
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补充回火试验
为了确认材料回火不足的程度, 特做补充回火试验。
根据模板热处理方法提供的热处理工艺 (模板经1040摄氏度加热淬火,510摄氏度回火3次,每次3h),确定在510摄氏度做补充回火试验。
一个试样于510摄氏度补充回火3h,另一个试样不作补充回火，再在模板断口附近制取第三个试样,将此试样进行两次补充回火(均为510摄氏度、3 h)。
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试样未经补充回火 ( a)、 经一次 ( b)和二次补充回火 ( c)的显微组织
奥氏体量逐步减少, 回火马氏体持续得到转变……。补充回火试验表明,模板材料确实存在比较严重的回火不足现象。
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分析与讨论
Cr12MoV钢制模板原始组织中存在明显的共晶碳
化物连续和半连续网状偏析, 以致材料内部存在
相当程度的内应力,而碳化物对材料基体的割裂作
用明显增强,从而使材料的强度有所降低,同时存在
一定的脆性断裂敏感倾向。
模板在热处理过程存在比较严重的回火不足现
象,材料中的残留奥氏体量较多,以致磨削时易于诱发马氏体转变,组织应力增加,材料脆性断裂的倾向明显增大。
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分析与讨论
此模板磨削时进刀量过大,尤其是在模板的中部
一时产生大量的、集中的磨削热使模板局部表面
发生多次重复性的淬火现象,导致组织应力大为增
加;加上磨削应力的叠加,进一步造成表面局部应力
复杂化,引致磨削裂纹的产生。
模板的断裂发生于模板的中间部位，有翘曲畸变,
断口的中间部位出现人字形花纹,印证了模板中间部
位在超载荷复杂应力作用下的断裂过程。