精锻齿轮模具失效分析课件.ppt

一·模具及材料的基本信息 模具材料：5Cr4Mo3SiMnVAl； 制造工艺：下料-改锻-退火-粗加工-热处理-精加工-磨断面-最终检验 实际工作条件：模具在300T摩擦压力机上工作，工件坯料加热到850-1050℃，模具先预热到250-300℃，工作中用水基石墨润滑剂润滑和降温，以保证模具正常生产和工件顺利脱模； 模具失效：型腔齿顶表面出现严重开裂和磨损。 二.理化检测与分析 1、宏观表面观察 2、化学成分分析 测得失效模具化学成分如表1，基本符合GB/T1299-2000标准。 3、硬质测定 图3.检验结果表明，距齿顶距离越近，基体硬度越低，说明在工作过程中模具表面发生回火软化。 4、显微组织分析 用硝酸酒精溶液侵蚀后， 试样在显微镜下呈现取向垂 直于凹模上表面的明暗相同 的袋状组织。 模具工作面表面金相组织如图所示，正常组织应为隐针状马氏体+残余奥氏体+碳化物，图6a中，组织为针状马氏体+残余奥氏体+碳化物，并有组织不均匀情况。图6b中，发现局部直径大概300μm左右的椭圆形区域的淬火马氏体，说明回火时马氏体并未完全转变，造成组织不均匀。 三.分析及讨论 1、化学成分的影响 经化学成分分析可知该模具材料化学成分在合理范围之内，可以证明当发现该内部组织出现异常时，排除原始材料化学成分的因素，有必要分析铸造及后续热加工热处理工序可能出现的问题。 2、回火软化的影响 模具齿顶基体硬度梯度测试结果表明，模具表面发生回火软化，距齿顶表面距离越近，基体硬度越低。说明模具在服役时，模具表面温度达到5Cr4Mo3SiMnVAl钢的回火温度600-620℃，发生回火软化，距表面0.3mm基体硬度降为47HRC，低于技术条件所规定的要求（HRC48~52）,软化层升读在8mm左右。待精锻时，被加热到800~1050℃的坯件接触到模具型腔表面，型腔表面迅速升温。表面软化效应使模具型腔表面硬度急剧降低，当精锻时表面凹凸不平的坯件与模腔发生压力和摩擦时，很容易在模腔表面突起薄弱处造成磨损沟槽。 3、带状组织的影响 工作面所受的压应力和热膨胀冷缩效应将在不同的组织之间产生局部应力集中，为表面裂纹提供向内部扩展的通道，大大促进热疲劳裂纹的扩展。同时龟裂的出现使表面强度降低，也使磨损更加严重，加速模具的失效。 4、回火不充分的影响 模具工作面表面金相组织中存在组织不均匀现象，除与垂直方向观察到的带状组织有关外，与热处理不充分也有很大关系。不均匀的微观组织在一定程度上影响到模具的使用性能和寿命。 四.结论及改进措施 1、结论 该齿轮精锻模具的主要失效形式为热疲劳失效，表现为齿顶龟裂，热疲劳裂纹和磨损，模具表面发生回火软化，内部存在带状组织，一次碳化物沿取向聚集分布，热疲劳裂纹沿带状组织应力集中处发生扩展。 2、改进措施 （1）通过高温扩散退火降低原始带状偏析程度，利用多向锻造和超细化正火处理消除带状处理组织。 （2）严格控制热处理制度，采取淬火后，600~620℃两次回火处理，每次2h，充分消除淬火马氏体组织。 （3）实际操作时保证模具进行充分预热，及时利用润滑剂和脱模剂，保证正常生产顺利脱模。 参考文献 [1]王孟等.H13钢汽车热锻模具失效机理分析[J].锻压技术，2008，（33）4,83-86 [2]苏治光，H13钢铝合金压铸模龟裂原因分析及防治措施[J].金属热处理，2007，（32）10,96 [3]李克敏等.H13热挤压凸模失效形式及提高寿命的途径[J].机械工人（热加工），2003(12),50-53. [4]陈再枝.模具钢手册[M].北京：冶金工业出版社，2008.11,419 精锻齿轮模具失效分析 汇 报 人：朱倩雨 班 级：材料11301班 组 号：第四组 小组 成员：陈哲、朱倩雨、周怡 汇报纲要 结论及改进措施 4 模具及材料的基本信息 1 理化检测及分析 2 分析及讨论 3 5