文档介绍：模具失效分析案例
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以高速锻前胎模具为对象,研究其早期失效机制,在此基础上优化热处理工艺,提高模具使用寿命,取得了一定成效。
012Al 钢模具失效分析
前胎模具的外形如图1 所示,是轴承行业普遍应用的热挤压模,用012Al( 5Cr4Mo3SiMnVAl) 模
具钢制作。012Al 钢具有较高的高温强度和较优良的热疲劳性能[1],其热处理工艺流程为: 球化退火—淬火—3 次回火,最终硬度要求为59 ~ 61HRC。
1 前胎模具材料及寿命
通常,热锻模的常见失效形式有: 表面磨损,高温氧化,热疲劳裂纹。本公司的前胎模具的主要失效形式为型腔表面磨损。表面磨损是指坯料在模具型腔中塑性变形时,沿型腔表面既流动又滑动,使型腔表面与坯料之间产生剧烈的摩擦,从而导致模具磨损而失效。型腔磨损的结果是使成型的坯料实际尺寸偏离设计尺寸,因此磨损达一定程度后的模具因不能再使用而报废。对失效模具进行如下分析。
2 模具失效分析
用直读光谱法对前胎模具材料成分进行分析,结果列于表1,模具成分与012Al 钢
的标准成分[1]相符合。
1) 材料成分
沿前胎模具横向切割试块,如图2箭头所示从里到外测定的硬度值依次为58 HRC,57 HRC,56 HRC,54 HRC,56 HRC,56 HRC,57HRC,没有达到技术要求值( 59 ~ 61 HRC)
2) 材料硬度
012Al 钢热挤压模的常规退火工艺为860 ℃保温4 ~ 5 h,缓冷至550 ℃空冷。其退火显微组织如图3 所示。
由图3 可见,按上述工艺退火后012Al 钢组织球化不够充分、不够均匀,这种不良的球化组织将会直接影响模具最终的淬火组织,从而影响模具的使用寿命
3) 退火组织
失效的012Al 钢模具的淬火回火工艺为: 1100 ℃油淬, 560 ℃回火2 次,每次2 h。其淬火回火显微组织如图4 所示。
由图4 可见,失效模具的淬火回火组织为粗大回火马氏体和少量碳化物,导致材料脆性增大。这种组织的产生可能与模具的退火工艺不当有关。由此看来,前胎模具发生早期失效,寿命很低,是由于模具组织不良和型腔表面硬度偏低,模具耐磨性不好,引起型腔表面磨损过快所造成的。型腔表面硬度偏低可能与淬火工艺不当有关。
4) 淬火回火组织
3 改进途径
为了提高前胎模具的使用寿命,对其热处理工艺进行了改进。
( 1) 在进行大量试验的基础上优化模具的球化退火工艺由图可知,与图3 所示的退火组织相比,经改进后的工艺球化退火的模具,其退火组织均匀,球化效果大大改善,为获得均匀细小的淬火组织创造了条件。
( 2) 对模具的淬火回火工艺进行调整
淬火回火组织如图6 所示为均匀细小的回火马氏体,与图4 所示的组织相比,有了明显的改进。