H13模具鋼半軸旋轉鍛造模具裂紋破裂分析

　　簡要描述;簡介

　　11811半軸旋轉鍛造模具H13熱模具鋼制造，相當于中國生產的4CR5MOSIV1鋼。

　　H13模具鋼半軸模具僅在使用中僅加工3到4個鍛件。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（見圖1）。我們開展了物理化學測試和對早期開裂骨折的分析，調查事故的原因，尋找解決方案和措施，導致生產和加工成正常狀態，符合產品的正常交貨時間，大大提高了企業的經濟效益。

　　2.宏觀觀察

　　在視覺上，半軸鍛造模具的中心存在兩個透明的同心弧。圖下圖下方的第一弧的邊緣顯示出顯著的多步條紋，其屬于應力集中和延伸。左上角和右上左上的兩側和定位耳膜腔中有一個深溝，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，并且從左側到左側的前進直到達到左側定位耳模式腔。裂縫表示第二裂縫沿著第一環形裂縫延伸形成一排多源步驟條紋，并繼續膨脹（在模具的中心），直到上側的第二弧線。在第二弧度上方的斷裂區域中，裂縫迅速擴展到蘑菇頭和裂縫的中間。可以看出，第二弧高于裂縫的瞬時斷裂帶，并且在骨折區中粗糙晶體的h13目前價格中性骨折，這是過熱組織的特征形貌（參見圖2）。

　　半蘑菇頭從半軸旋轉鍛造模具的中心落下，蘑菇頭的破裂對應于半軸旋轉鍛造模具的破裂。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，我們可以看到左側和右側的耳朵模式腔的形狀，腔的上槽已經切割，并且下槽保持完整。右定位耳模式腔對應于模具裂縫的裂紋源區，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，進一步證明左側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，并進行物理和化學檢測和分析。

　　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。為了發現突破的應力集中太小，沿著左腔的中間部分切割樣品。同時，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構變化。

　　3.化學分析

　　從裂縫故障的半軸模具切割切割尺寸為25mm×25mm×15mm（長度×寬度x厚），并通過Labspark5000精密直接火花譜儀檢測其化學成分。測試結果（見計劃）表明化學成分符合材料標準。

　　原料化學成分（質量分數）試驗結果（％）

　　碳鉻鉬硅

　　C

　　Si.

　　MN.

　　鉻

　　衛生官員

　　V.

　　S.

　　P.

　　標準值

　　0.320.45

　　0.801.20

　　0.200.50

　　4.455.50

　　1.101.75

　　0.801.20

　　≤0.030.

　　≤0.030.

　　測量

　　0.366

　　0.982

　　0.352

　　4.875

　　1.233

　　0.899.

　　0h13目前價格.014

　　0.012

　　4.金色測試

　　樣品1是位于模具左側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角半徑在測量后僅0.40mm。根據該文件，步驟和溝槽的R角半徑必須以0.50mm或更大控制，否則應力濃度將很大，并且易于引起熱處理淬火和開裂。

　　進一步觀察金相組織表明，沿直角弧有三個不同長度的裂縫，每個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洞。低熔點夾雜物的最小熔化溫度約為1200℃，表明模具的加熱溫度應高于該溫度（參見圖6）。第二個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。裂縫周圍的結構與腔的表面相同，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更明顯（見圖8）。

　　樣品2是模具右側的耳狀腔的中間部分。腔槽底部沒有直角，幾乎直角，應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。當篩網進一步放大時，可以清楚地觀察到裂縫是V形開口裂縫，覆蓋裂紋間隙兩側的淺灰色高溫氧化物，并且附著細長裂紋。裂縫的左邊緣也具有較長的懷疑非金屬夾雜物。從裂縫開口到暗尾，它應該屬于模具鍛造的擠出折疊裂縫，細長裂縫屬于應力膨脹裂縫（見圖10）。

　　3個樣品是裂紋蘑菇頭的中間部分。當沿圖1所示的第一弧的下部區域觀察時。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。此時的裂縫應該是應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的裂縫是熱處理淬火應力裂紋。裂縫附近的基組織是相對粗糙的，并且裂縫的上部的白色明亮的圓形斑點是當切割線時由鉬導線熔化的顆粒（參見圖11）。當觀察到第一弧和第二弧之間的區域時，示出了破裂以顯示鋸齒狀的晶體裂紋。斷裂左側的彎曲坑是包含由裂縫延伸引起的夾雜物。突破的右側是直角坑，這是一種由于過熱而削弱的顆粒。裂縫附近的微觀結構非常粗糙，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的特點，裂縫附近的基質組織仍然相當厚（見圖14）。

　　在低鏡下觀察3＃樣品的金相組織。底物中的粗晶點的厚度不均勻，表明材料過熱嚴重（見圖15）。在高倍率下，粗晶體點區域顯示了馬氏體取向結構的厚度，部分甚至粗框架結構，但仍然分離了球形回火的條紋結構（參見圖16）。基質結構中存在大量的黑點，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，過脫機過渡是黑色柔性結構，其也是過熱特征結構（參見圖17）。包含顆粒的顏色是顯而易見的，但黑色屈肌結構并不明顯。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烈的應力集中，并且原始的偏離折疊裂縫進一步擴大開裂并前進第一電弧形成環形裂紋。當使用模具時，在鍛造應力的作用下h13目前價格，裂縫沿第一電弧形成多源步驟，并繼續擴展到模具的中心，直到第二弧。此時，延長的斷裂足夠大，并且剩余的橫截面可以不再承受鍛造處理的實際應力，因此裂縫迅速擴展，形成傾斜的切向應力瞬時裂縫區，最終導致蘑菇頭模具中心。

　　在模具制造過程中發生了材料結構的過熱，從熔融孔和非金屬夾雜物的不規則粗晶點。由于高加熱溫度，高于1200℃，晶粒生長迅速，形成粗糙的微觀結構，在隨后的熱處理期間難以消除。粗糙過熱微觀結構導致晶體互連和脆化，非金屬夾緊熔融孔顯著降低了基板的強度，從而進一步降低了材料的強度和韌性，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在過程中。