汽車零部件的熱鍛模具失效分析概要

1、汽車零部件的熱鍛模具失效分析汽車零部件的熱鍛模具失效分析班級(jí)班級(jí) 姓名姓名 第 1 頁(yè)/共 21 頁(yè)目錄目錄摘要摘要 .21 1、簡(jiǎn)介、簡(jiǎn)介.22 2、失效熱鍛模具的宏觀特征和失效原因、失效熱鍛模具的宏觀特征和失效原因 .23、熱鍛模具失效分析中失效分析過(guò)程和微觀斷口形貌的作用、熱鍛模具失效分析中失效分析過(guò)程和微觀斷口形貌的作用.64 4、熱鍛模具失效及對(duì)策分析實(shí)例、熱鍛模具失效及對(duì)策分析實(shí)例.134.14.1、鍛造模具鋼引起的熱鍛模具失效、鍛造模具鋼引起的熱鍛模具失效.144.24.2、熱鍛模模具設(shè)計(jì)引起的失效、熱鍛模模具設(shè)計(jì)引起的失效.154.34.3、模具制造一起熱鍛模失效、模具制造一起

2、熱鍛模失效 .164.44.4、鍛造操作引起的熱鍛模具失效、鍛造操作引起的熱鍛模具失效.195 5、結(jié)束語(yǔ)、結(jié)束語(yǔ).20參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).21第 2 頁(yè)/共 21 頁(yè)摘要失敗的例子鍛零部件的熱鍛模具失汽影響變量和原因已經(jīng)進(jìn)行了總結(jié)。熱鍛模具的失效特性已經(jīng)被例證。工程失效分析中微觀斷口形貌成擠壓狀態(tài)對(duì)于熱模鍛模具失效是一模失效及其對(duì)策措施和相互影響的變量如模具材料、模具設(shè)計(jì)、模具制造、鍛造操作。最后一對(duì)夫婦的推薦工程失效分析工作熱鍛模失效是觸及了汽車零部件作了簡(jiǎn)要介紹。車個(gè)重要因素。然后分析了熱鍛模具效 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：熱鍛模具;微斷口形貌 ;拉伸區(qū);低周疲勞，熱疲勞1、簡(jiǎn)介 汽車零部件熱鍛模具

3、失效由不足的變量造成，如模具材料，模具設(shè)計(jì)，模具制造和鍛造操作。為了防止模具失效，迄今已作出許多努力提高模具壽命。在本文中對(duì)汽車零部件熱鍛模具的工程失效分析的幾個(gè)重要問(wèn)題從作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了主要概括。汽車零部件模具失效的影響變量和原因進(jìn)行了分類。汽車零部件熱鍛模具失效的宏觀特征作為汽車零部件的熱鍛模具的典范代表。工程失效分析中微觀斷口形貌成擠壓狀態(tài)對(duì)于熱模鍛模具失效是一個(gè)重要因素。然后，然后分析了熱鍛模具失敗的例子鍛模失效及其對(duì)策措施和相互影響的變量如模具材料、模具設(shè)計(jì)、模具制造、鍛造操作。最后對(duì)汽車零部件的熱鍛模具工程失效分析中應(yīng)解決存在的未來(lái)問(wèn)題作了簡(jiǎn)要描述。2、失效熱鍛模具的宏觀特征和

4、失效原因大部分的熱鍛模的失效是由于影響變量不足如模具材料,模具設(shè)計(jì)、模具制造、鍛造操作。熱鍛模失效的影響變量和原因可分類為如表1 1所示。熱鍛模經(jīng)常在應(yīng)力集中的拐角處失效。圖1顯示了一個(gè)典型的失效熱鍛模具關(guān)節(jié)。從表面宏觀斷口，它可以很容易判斷，脆性破壞從拐角開(kāi)始的。這些裂縫經(jīng)?？梢栽跓徨懩＞哧P(guān)節(jié)，連桿，曲柄軸和法蘭汽車零部件觀察到。然而，在低倍率觀察，大部分的脆性斷裂從機(jī)械和熱疲勞短裂紋拐角處開(kāi)始。這些失效在熱鍛模關(guān)節(jié)，法蘭，凸輪軸和汽輪機(jī)葉片汽車零部件鍛模上觀察到2 。圖2顯示了2000鍛造操作3后 SKT4第 3 頁(yè)/共 21 頁(yè)鋼法蘭模具的斷裂面。它可以很容易地確定從表面發(fā)起沖擊破壞深度

5、在2.6毫米。圖3顯示了一個(gè)典型連桿1在熱鍛模具的熱裂紋觀察。這些表面裂紋引起鍛件產(chǎn)品質(zhì)量不足的原因。圖 4和5分別顯示帶關(guān)節(jié)的鍛模表面裂紋觀察和鍛造后關(guān)節(jié)表面的表面裂紋1。表表1熱鍛模具失效的影響變量和原因熱鍛模具失效的影響變量和原因1 影響變量影響變量失效的原因失效的原因模具材料模具材料 鍛造比不足鍛造比不足非金屬夾雜物非金屬夾雜物清潔不合理清潔不合理熱處理不足熱處理不足模具設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)小圓角半徑小圓角半徑形狀設(shè)計(jì)不合理形狀設(shè)計(jì)不合理模具的寬度和厚度的短缺模具的寬度和厚度的短缺鍛造形狀不足鍛造形狀不足模具制造模具制造表面加工不合理表面加工不合理表面處理不足表面處理不足電引發(fā)的不規(guī)則表面電引

6、發(fā)的不規(guī)則表面補(bǔ)焊補(bǔ)焊鍛造操作鍛造操作不足預(yù)先加熱不足預(yù)先加熱模具面不合理模具面不合理不足的鋼錠加熱不足的鋼錠加熱潤(rùn)滑不足潤(rùn)滑不足第 4 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖1、一個(gè)汽車的關(guān)節(jié)鍛造模具宏觀斷口 1 。箭頭 A 和 B 顯示了裂紋的萌生點(diǎn)， SKD62R.第 5 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖2、鍛造法蘭軛斷裂表面失效3。箭頭顯示在沖擊破壞發(fā)起的硫化錳第 6 頁(yè)/共 21 頁(yè)3、熱鍛模具失效分析中失效分析過(guò)程和微觀斷口形貌的作用 失效的的熱鍛模的失效分析過(guò)程基本上是相同的傳統(tǒng)的機(jī)械部件。研究過(guò)程如圖 6 1 。起初熱鍛模具失效情況及其相關(guān)數(shù)據(jù)可以被捕捉到。然后對(duì)失效的熱鍛模進(jìn)行宏觀觀察?？梢苑謩e對(duì)鍛壓設(shè)備，模

7、具制造工藝和鍛造模具鋼的熱鍛模具失效的影響變量進(jìn)行調(diào)查進(jìn)研究。對(duì)有針對(duì)性的失效原因進(jìn)行了詳細(xì)的故障分析。如果需要進(jìn)行熱鍛模具失效的模擬試驗(yàn)。確認(rèn)故障原因后的對(duì)策，制定了。在詳細(xì)分析的過(guò)程進(jìn)行顯微觀察。作為與故障分析經(jīng)常采用傳統(tǒng)的機(jī)械和結(jié)構(gòu)微觀斷口的比較到目前為止還沒(méi)有經(jīng)常應(yīng)用在熱鍛模具失效。被認(rèn)為有兩個(gè)原因。第一，如上述提到的脆性斷裂可以很容易用宏觀觀測(cè)確定而不用微觀觀察。第二，有很少的基礎(chǔ)類型去確認(rèn)硬質(zhì)材料包括鍛造模具鋼的失效。圖3、連桿的熱鍛模具失效1 。第 7 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖4。熱鍛模具失效關(guān)節(jié) 1 。 “a ”顯示在鍛模出現(xiàn)小的撕裂 因此對(duì)熱鍛模鋼材進(jìn)行拉伸，沖擊，低循環(huán)疲勞和熱疲

8、勞試驗(yàn)然后每個(gè)失效的基本微觀斷口數(shù)據(jù)可以從實(shí)驗(yàn)中獲得4-6 。對(duì)帶裂紋的2毫米 U 型缺口擺錘沖擊試進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。圖7顯示 SKD61鋼的動(dòng)態(tài)沖擊斷裂韌性 K1d 作為測(cè)試溫度。最大 K1d 達(dá)到573 K.韌脆轉(zhuǎn)變溫度在423 K。圖8顯示 SKD62鋼的沖擊斷裂面。解理斷裂在室溫下觀察（圖8a） ，而觀察韌窩在673 K （圖8b） 。熱鍛模具鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度一般在373 K 至423范圍。斷裂和沿晶斷裂的混合模式主要是在溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而韌窩是在溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此沖擊韌性或脆性斷裂是可使用這些微觀沖擊斷口表面特性定性鑒定。圖9展示錘鍛模具鋼 SKT4的疲勞和沖擊失效表面的拉

9、伸區(qū)間.疲勞斷口觀察顯示了較高的測(cè)試溫度具有更廣泛的伸展區(qū)寬度。圖10顯示 K1d 等效延伸區(qū)寬度 。最后提到熱鍛模具失效的溫度通過(guò)測(cè)量拉伸斷口區(qū)寬度可以定量確定。.第 8 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖5、鍛造關(guān)節(jié) 1 處的小裂縫。箭頭指向小裂縫。圖6、熱鍛模失效分析過(guò)程 1 。第 9 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖7、動(dòng)態(tài)斷裂韌性等效測(cè)試溫度 K1d 4。圖8、沖擊斷口， SKD62 4 ： （一） RT ;（二） 673 K。第 10 頁(yè)/共 21 頁(yè) 對(duì) SKD62 鋼圓形缺口應(yīng)力集中的圓棒試樣，在室溫下， 473度和723度的室溫和573 K 和1CT 試樣裂紋擴(kuò)展試驗(yàn) 進(jìn)行2.3的低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)。在低

10、循環(huán)疲勞壽命的斷裂表面觀察的結(jié)果測(cè)試標(biāo)本失效條紋周期高于100（圖11D ） 。在循環(huán)次數(shù)低于10的情況下，疲勞裂紋源區(qū)域可觀察到韌窩 （圖11b） 。在斷口裂紋擴(kuò)展測(cè)試標(biāo)本在室溫下， 473 K 和723 K 時(shí)出現(xiàn)裂紋。第 11 頁(yè)/共 21 頁(yè) 圖9、拉伸區(qū)， SKD62 2： （a）逆轉(zhuǎn)錄（b） 673 K。SZ：拉伸區(qū)，F(xiàn)：疲勞， ：C:解理，D：酒窩。第 12 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖10、動(dòng)態(tài)斷裂韌性 K1d 的等效延伸區(qū)的寬度。 在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)加熱溫度的升高，SKD62鋼板試樣的熱疲勞試驗(yàn)熱疲勞測(cè)試儀器的裂紋萌生周期數(shù)量減少。熱疲勞裂紋伴隨穿晶傳播路徑和紋狀的圖案出現(xiàn)（圖12） 。圖13

11、所示經(jīng)過(guò)1000熱鍛操作的齒輪熱鍛模具失效斷裂面。熱疲勞裂紋主要出現(xiàn)表面上。此外，觀察斷裂面可以辨別條紋或條紋狀花紋。這些條紋或條紋狀花紋是和圖12觀察的非常相似。熱疲勞失效可以定量確定條紋狀花紋。利用熱模鍛失效的周期疲勞和熱疲勞條紋間距的定量分析是未來(lái)的問(wèn)題。第 13 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖11、低周疲勞斷裂表面2。 （a，b ）軸向應(yīng)力： 1274.9 MPa 和循環(huán)次數(shù)： 7 。 （ c，d）軸向應(yīng)力： 1029.7 MPa 和周期數(shù)： 1.4 103 。 （ b，d）是（ a，c）分別擴(kuò)大 。 箭頭顯示裂紋擴(kuò)展方向。4、熱鍛模具失效及對(duì)策分析實(shí)例第 14 頁(yè)/共 21 頁(yè)4.1、鍛造模具鋼

12、引起的熱鍛模具失效熱鍛模具鋼的一個(gè)重要的力學(xué)性能是斷裂韌性。眾所周知斷裂韌性是與鋼錠的各向異性不同。在鍛錘模具鋼 SKT4沖擊測(cè)試結(jié)果中 ，2毫米 U 型缺口擺錘在573k 的影響值的差異表明在不同的方向的401 。因此，在熱鍛模具模具設(shè)計(jì)重力方向必須考慮到鍛造模具鋼的比例和流動(dòng)方向。圖2中1毫米的長(zhǎng)度的非金屬夾雜物硫化錳可以在沖擊失效的的啟點(diǎn)觀察到。這種鋼的清潔度 D6 400 是0.083 ，表明值正常。這種鋼的微觀結(jié)構(gòu)也正常。據(jù)說(shuō)這種失效由不當(dāng)鍛件和鍛造比不足造成。鍛件鍛造比和數(shù)量的控制可阻止這種失效。耐磨損性和可加工性也熱鍛模具鋼的重要性能。通過(guò)嚴(yán)格控制熔化到加熱熱鍛模具鋼可以防止熱鍛

13、模具的失效。第 15 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖12、CT 試樣的熱疲勞斷裂表面 5 （a）加熱溫度： 673 K 和循環(huán)次數(shù)：100（b）加熱溫度： 873 K 和周期數(shù)：100 4.2、熱鍛模模具設(shè)計(jì)引起的失效大多數(shù)熱鍛模具失效從壓痕拐角開(kāi)始。因此在模具設(shè)計(jì)中壓痕拐角決定圖其尺寸是非常重要的。 可以對(duì) SKD62鋼圓棒應(yīng)力集中系數(shù)為1.4-2.6 u 的缺口試樣進(jìn)行低循環(huán)疲勞試驗(yàn)。圖14顯示了104次的疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力集中系數(shù)之間的關(guān)系。在104周期下提高應(yīng)力集中系數(shù)疲勞強(qiáng)度降低。熱鍛模具鋼的低周疲勞強(qiáng)度與熱鍛模具是不完全重第 16 頁(yè)/共 21 頁(yè)合。然而熱鍛模具幾乎要考慮重復(fù)機(jī)械加載引起的裂紋源

14、和在壓痕拐角的應(yīng)力集中之間的關(guān)系。為了防止熱鍛模具失效和壓痕拐角尺寸必須非常仔細(xì)地確定1。4.3、模具制造一起熱鍛模失效如擴(kuò)散氮化和離子氮化等表面處理經(jīng)常用于熱鍛模，以防止模具失效，延長(zhǎng)模具壽命。很明顯，表面處理效果如擴(kuò)散氮化和離子氮化不能在高應(yīng)力區(qū)域預(yù)期（圖15） 。反復(fù)的壓力和預(yù)期改善的周期數(shù)列于表2 。表面處理的疲勞強(qiáng)度取決于表面硬度，淬火硬化層深度和性質(zhì)的差異。圖16顯示改善表面處理的預(yù)期應(yīng)力的和應(yīng)力集中系數(shù)之間的關(guān)系。表面處理可以降低預(yù)計(jì)應(yīng)力集中系數(shù)。圖13、倒檔熱鍛模具的熱疲勞斷裂面5： （a）啟始; （b）從表面0.75毫米。圖14、 104次的疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力集中系數(shù)之間的關(guān)系

15、1 。第 17 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖15、表面硬化 SKD62 鋼對(duì)低循環(huán)疲勞強(qiáng)度的影響4。第 18 頁(yè)/共 21 頁(yè)表2表面硬化對(duì)低循環(huán)疲勞強(qiáng)度影響4 表面處理rc/rBNC 周期離子氮化(773 K *30 h)0.793 * 103離子氮化(723 K *30 h)0.735 * 103擴(kuò)散滲氮(823 K *12 h)0.637 * 103rc：抗拉強(qiáng)度，rb：預(yù)計(jì)應(yīng)力， NC ：預(yù)期的表面硬化效果的周期數(shù)。圖16、預(yù)計(jì)表面硬化效應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)力集中系數(shù)之間的關(guān)系。第 19 頁(yè)/共 21 頁(yè)4.4、鍛造操作引起的熱鍛模具失效正如上述提到的熱鍛模具鋼的斷裂韌性被設(shè)計(jì)成約573 K 具有最大疲

16、勞韌性.這意味著鍛造操作前進(jìn)行預(yù)熱是絕對(duì)必要的。到目前為止，熱鍛模預(yù)熱溫度不足造成的失效被當(dāng)做鍛造操作。最近測(cè)量斷裂表面的伸展區(qū)寬度能定量假設(shè)熱鍛模失效的預(yù)熱溫度。圖17顯示連桿和倒檔的熱鍛模具斷裂表面觀察的拉伸區(qū)。疲勞和沖擊斷裂面可以清楚地觀察伸展區(qū)。利用如圖 6中的關(guān)系，動(dòng)態(tài)斷裂韌性 K1d 可以從測(cè)得的延伸區(qū)寬度建立。然后加熱溫度可以從如圖7所示的關(guān)系獲得。連桿的熱鍛模， SZW ; 12.5lm， K1d ; 34.1MN m3/2和失效溫度328 K.在這種情況下，預(yù)熱溫度不足和失效溫度被認(rèn)為是低于373 K。由于預(yù)熱不夠在10次鍛造操作后可以再模具表面發(fā)現(xiàn)裂紋。對(duì)于倒檔熱鍛模具，

17、SZW; 41lm， K1d ; 47.4MN m3/2和失效的溫度; 473 K。在這種情況下的預(yù)熱是有足夠的和失效的原因被認(rèn)為是不當(dāng)?shù)哪＞咴O(shè)置。在如圖2中熱鍛在法蘭模具失效情況，伸展區(qū)寬度也被測(cè)量。失效溫度被確定為373 K。第 20 頁(yè)/共 21 頁(yè)圖17、熱鍛模的斷裂表面拉伸區(qū)間1 ： （a）連桿（b）倒檔的 C：裂解，F(xiàn) ：疲勞;SZ：拉伸區(qū)域。5、結(jié)束語(yǔ)在這個(gè)文章中熱鍛模具失效的影響變量和原因，模具失效特征，失效熱鍛模具及其對(duì)策的分析例子都做了簡(jiǎn)要分析。熱鍛模失效是復(fù)雜的，因?yàn)榇嬖诙喾N影響變量如模具材料，模具設(shè)計(jì)，模具制造和鍛造操作。當(dāng)然必須對(duì)每個(gè)失效的熱鍛模進(jìn)行失效分析。模具鋼，

18、表面處理及應(yīng)力分析的最新進(jìn)展，使發(fā)展的一般失效分析方法。熱鍛操作更加趨于溫鍛。除了開(kāi)裂問(wèn)題，耐磨性必須進(jìn)行評(píng)估7。模具設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑方法是第 21 頁(yè)/共 21 頁(yè)必需要改善。積累的科學(xué)分析知識(shí)，必須有效地運(yùn)用到現(xiàn)代技術(shù)中，以防止熱鍛模失效，延長(zhǎng)模具壽命。參考文獻(xiàn)11 荏原荏原 R R，久保田光，久保田光 J J JPNJPN SOCSOC TECHNOLTECHNOL PLASTPLAST 19821982年年; ; 23:977-8323:977-83 。22 荏原，久保田荏原，久保田 K.K.在在 ：尼斯比特的：尼斯比特的 EGEG ， MelilliMelilli 的的 ASAS ，編輯。鋼鍛件。，編輯。鋼鍛件。 ASTMASTM