(2.37)--金属构件失效分析.ppt

3Cr2W8V钢热锻模具淬火开裂原因分析 3Cr2W8V钢热锻模具淬火开裂原因分析 1 1 背景背景2 2检验内容及结果检验内容及结果2 2、1 1原材料化学成分原材料化学成分2 2、2 2硬度测定硬度测定2 2、3 3断口形貌断口形貌 (1)(1)宏观检查宏观检查 (2)(2)断口微观检查断口微观检查2 2、4 4显微组织分析显微组织分析3 3讨论讨论4 4结论结论 某厂选用某厂选用3Cr2W8V3Cr2W8V钢制造热锻模具用于锻造钢制造热锻模具用于锻造2525钢的齿状零件钢的齿状零件,模模具加工成型后外部尺寸为具加工成型后外部尺寸为500mm250mm115mm,500mm250mm115mm,模具质量为模具质量为110kg110kg。在同一模具上开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件在同一模具上开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件硬度偏高硬度偏高,采用采用HR150HR150型洛氏硬度计测试硬度为型洛氏硬度计测试硬度为30HRC30HRC。为便于加工为便于加工,该厂将模具进行了一次降低硬度退火该厂将模具进行了一次降低硬度退火,但温度和时但温度和时间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理,淬火加热炉采用箱式淬火加热炉采用箱式电阻炉。为防止氧化电阻炉。为防止氧化,在模具周围填充旧渗碳剂加以保护。模具淬火在模具周围填充旧渗碳剂加以保护。模具淬火时先采用时先采用500500、850850两次预热两次预热,后经后经1050410504保温保温,冷却介质选冷却介质选用用1515号机油。号机油。淬火过程中听到模具开裂声音淬火过程中听到模具开裂声音,随即停止冷却随即停止冷却,并放在并放在630630回火回火炉中回火炉中回火,回火时裂纹继续扩展使模具成为多个碎块。由于发现模具回火时裂纹继续扩展使模具成为多个碎块。由于发现模具开裂开裂,中止继续回火。中止继续回火。1、背 景2 2、检验内容及结果、检验内容及结果 2 2、1 1原材料化学成分原材料化学成分 分析在模具上取样分析在模具上取样,测定模具的化学成分测定模具的化学成分 (质量分数质量分数,%),%)如下如下:0.30%0.30%8.2%8.2%2.5%Cr 0.35%2.5%Cr 0.35%0.32%Si 0.32%Si 0.30%Mn 0.032%0.30%Mn 0.032%0.028%P0.028%P与与GB12992000(GB12992000(合金工具钢合金工具钢)相比相比,符合标准。符合标准。2 2、2 2硬度测定硬度测定用用150150洛氏硬度试验机测定锻件的表面硬度为洛氏硬度试验机测定锻件的表面硬度为282830HRC,30HRC,模具回模具回火后的表层硬度为火后的表层硬度为404041HRC,41HRC,心部硬度为心部硬度为474748HRC48HRC。2 2、3 3断口形貌断口形貌(1)(1)宏观检查模具横向多处断裂宏观检查模具横向多处断裂,裂纹特征有直裂纹、弯折裂纹和裂纹特征有直裂纹、弯折裂纹和圆弧裂纹圆弧裂纹,在模具碎块的横断面表层可观察到有约在模具碎块的横断面表层可观察到有约3030细瓷状断口细瓷状断口,见图见图2 2。断口内部有山脊状扩展形貌断口内部有山脊状扩展形貌,放射线中心朝向模具心部放射线中心朝向模具心部,表明裂纹源表明裂纹源形成于模具心部。心部为粗晶状断口形成于模具心部。心部为粗晶状断口,有十分明显的金属光泽。上述有十分明显的金属光泽。上述特征可以判定该模具的开裂是由心部脆性解理断裂引发的。特征可以判定该模具的开裂是由心部脆性解理断裂引发的。(2)(2)断口微观检查断口微观检查 用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察,结果见图结果见图3 3、4 4。从粗晶状断口扫描电镜照片可以看到从粗晶状断口扫描电镜照片可以看到,断口中有明显的解理台阶断口中有明显的解理台阶,属穿晶解理断裂特征。属穿晶解理断裂特征。2 2、4 4显微组织分析显微组织分析 在在模模具具开开裂裂处处,对对粗粗晶晶状状断断口口、细细瓷瓷状状断断口口截截取取试试样样,样样品品制制备备后后,用用4%4%硝硝酸酸酒酒精精溶溶液液短短时时轻轻微微腐腐蚀蚀,然然后后在在金金相相显显微微镜镜下下观观察察。尽尽管管照照片片中中组组织织不不太太清清晰晰,可可以以观观察察到到淬淬火火前前奥奥氏氏体体晶晶粒粒分分布布情情况况,见见图图5 5。用用奥奥氏氏体体晶晶粒粒度度评评级级标标准准22评评定定晶晶粒粒度度等等级级为为6 6级级,粗粗晶晶状状断断口口处处的的晶晶粒粒和和组组织织粗粗大大(图图6),6),晶晶粒粒度度等等级级为为1 1级级。观观察察还还发发现现碳碳化化物物呈呈严严重重的的带带状状分分布布,见见图图8 8。在在细细瓷瓷状状与与粗粗晶晶状状断断口口的的衔衔接接处处存存在在大大小晶粒不匀的现象。小晶粒不匀的现象。3、讨论、讨论 3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢是是一一种种压压铸铸模模具具钢钢,该该钢钢含含有有较较多多的的钨钨和和铬铬,具具有有较较小小的的热热膨膨胀胀系系数数和和较较好好的的耐耐蚀蚀性性。钨钨可可以以增增加加钢钢的的耐耐热热性性,减减少少回回火火脆脆性性和和热热处处理理变变形形。由由于于该该钢钢的的碳碳含含量量较较低低(0.25%(0.25%0 0。40%),40%),使使钢钢具具有有良良好好的的导导热热性性和和足足够够的的韧韧性性。加加入入少少量量的的钒钒可可细细化化晶晶粒粒,提提高高耐耐磨磨性性。3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢属属于于过过共共析析钢钢,正正常常淬淬火火组组织织应应为为较较细细的的马马氏氏体体、残残留留奥奥氏氏体体和和少少量量的的粒粒状状碳碳化化物物。若若淬淬火火温温度度过过高高,则则得得到到粗粗大大马马氏氏体体。图图4 4所示模具断口心部呈粗晶状断口形貌所示模具断口心部呈粗晶状断口形貌,有脆性解理断裂特征。有脆性解理断裂特征。图图6 6的金相组织表明的金相组织表明,奥氏体晶粒粗大奥氏体晶粒粗大,马氏体粗大马氏体粗大,属于明显的属于明显的过热现象。但模具表层细瓷状断口过热现象。但模具表层细瓷状断口(图图2 2、3)3)和细小晶粒和细小晶粒(图图5),5),属于属于正常的淬火组织。分析认为正常的淬火组织。分析认为:厂方在加工模具时厂方在加工模具时,发现锻件的硬度偏发现锻件的硬度偏高高,曾经进行一次降低硬度退火曾经进行一次降低硬度退火,但退火保温时间不够但退火保温时间不够,仅使表层重结仅使表层重结晶细化晶细化,因此出现了表层的细晶粒和细瓷状断口。因此出现了表层的细晶粒和细瓷状断口。由于模具心部未热透由于模具心部未热透,淬火加热出现组织遗传现象淬火加热出现组织遗传现象,形成粗大奥氏形成粗大奥氏体晶粒体晶粒,冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组织应力和热应力的冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组织应力和热应力的双重作用双重作用,形成裂纹源形成裂纹源,裂纹扩展导致表面开裂。模具横截面出现较多裂纹扩展导致表面开裂。模具横截面出现较多的横向裂纹、弯折裂纹和弧状裂状的横向裂纹、弯折裂纹和弧状裂状,这主要与锻造质量有关。碳化物这主要与锻造质量有关。碳化物带状分布说明锻造不充分带状分布说明锻造不充分,是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因,由由宏观形貌和金相组织特征可以推断宏观形貌和金相组织特征可以推断,锻造起始温度高锻造起始温度高,造成组织过热造成组织过热,提供锻件时未向用户说明提供锻件时未向用户说明,用户按正常温度淬火时出现开裂事故。用户按正常温度淬火时出现开裂事故。4、结论、结论 热热锻锻模模开开裂裂的的主主要要原原因因属属于于锻锻造造组组织织存存在在严严重重缺缺陷陷,即即粗粗大大的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒(锻锻造造过过热热组组织织)和和严严重重的的碳碳化化物物带带状状分分布布,模模具具淬淬火前未经充分退火细化晶粒火前未经充分退火细化晶粒,从而造成正常温度淬火开裂。从而造成正常温度淬火开裂。