(2.89)--材控金属构件失效分析.ppt

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1、4Cr2MoVNi钢汽车前桥锤锻模失效分析概况本案例分析的失效模具为本案例分析的失效模具为前桥终锻模具前桥终锻模具，外形，外形尺寸为尺寸为2 000 mm x 486 mm x 340 mm,其加其加工工艺为工工艺为下料下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工超声探超声探伤伤热处理热处理模腔成型模腔成型。热处理工艺为热处理工艺为680 x2h+920 x9h油冷淬火，油冷淬火，540 x12h+500 x8h回火。回火。技术要求模具硬度为技术要求模具硬度为3844 HRC，设计寿命，设计寿命为为 50 000件，但该模具仅锻制前桥毛坯件，但该模具仅锻制前桥毛坯7200件即发生破裂。件即发生破裂。工作特

2、点工作特点1 1、坯料温度高、坯料温度高 在高温下变形和成型。温度高。在高温下变形和成型。温度高。模具极易软化，产生塑性变形。模具极易软化，产生塑性变形。2 2、冲击力大、冲击力大 易引起应力集中，而造成塑性变易引起应力集中，而造成塑性变形和断裂形和断裂3 3、摩擦剧烈、摩擦剧烈4 4、急冷急热、急冷急热 循环热应力，使模具出现疲劳磨循环热应力，使模具出现疲劳磨损和疲劳断裂损和疲劳断裂宏观检验上下模块叠放在一起，其中上模块的一角破裂宏观检验断口宏观形貌如图,断面上有明显的人字形放射条纹,箭头所指位置为人字形条纹汇集处,此处位于模具型腔的一凹槽内,凹槽附近断口在存放过程中生锈。宏观检验将破裂下来

3、的一部分模块断口清洗除锈，断口形貌见图。可见放射条纹收敛于图中箭头所指的三角形深色区，此处断面已氧化成黑色，氧化物较难清除。同时三角形断面处可见宏观疲劳扩展的痕迹。宏观检验模具型腔的凹槽部位的表面形貌特征如图所示，凹槽表面一侧粗糙，存在热疲劳裂纹沟槽，但靠近裂纹源一侧表面较光滑，两者之间有一波浪形的裂缝。微观断口扫描电镜观察发扫描电镜观察发现，裂纹源区现，裂纹源区(三角形深色区三角形深色区)有疲劳扩展的痕有疲劳扩展的痕迹迹(图图5)，裂纹，裂纹快速断裂区的形快速断裂区的形貌为解理貌为解理+少量少量撕裂棱撕裂棱+二次裂二次裂纹，局部有沿晶纹，局部有沿晶开裂现象开裂现象(图图6)。化学成分冲击试验

4、 在断口附近沿纵向取样，制成夏比在断口附近沿纵向取样，制成夏比U型缺口型缺口试样试样(10mm x10 mm x55mm),4件试样的室件试样的室温冲击功温冲击功A kU平均值为平均值为23,冲击断口的宏观形冲击断口的宏观形貌为脆性断口，未见明显的塑性变形，为解理貌为脆性断口，未见明显的塑性变形，为解理断裂，并存在大量的二次裂纹及少量的沿晶界断裂，并存在大量的二次裂纹及少量的沿晶界开裂现象，其形貌与模具快速断裂区形貌类似。开裂现象，其形貌与模具快速断裂区形貌类似。显微组织及硬度在裂纹源处截取金相试样观察，侵蚀后表层显微在裂纹源处截取金相试样观察，侵蚀后表层显微组织为组织为铁素体铁素体+少量珠光

5、体少量珠光体，柱状晶粒和等轴晶，柱状晶粒和等轴晶粒交替存在粒交替存在(图图8 a)，硬度仅为，硬度仅为220 HV;次表层组次表层组织为马氏体，硬度为织为马氏体，硬度为489 HV。表层组织与马氏体。表层组织与马氏体层间有肉眼可见的孔洞，马氏体层内有多条横向层间有肉眼可见的孔洞，马氏体层内有多条横向和纵向的沿晶界扩展的裂纹和纵向的沿晶界扩展的裂纹(图图8b)。基体组织为。基体组织为回火屈氏体，硬度为回火屈氏体，硬度为40.7 H RC。由此可以判定，。由此可以判定，型腔凹槽经过堆焊修补处理，型腔凹槽经过堆焊修补处理，焊条为低碳钢焊条焊条为低碳钢焊条。裂纹源区处于焊接部位并存在未焊透形成的孔洞裂

6、纹源区处于焊接部位并存在未焊透形成的孔洞和焊接冷裂纹。和焊接冷裂纹。显微组织及硬度back显微组织及硬度图(a)所示的模具基体的显微组织为粗大的保持马氏体位向的回火屈氏体，按JB/T8420-1996热作模具钢显微组织评级评定为5级，模具晶粒粗大，晶粒度级别为5级，见图(b)。检验结果分析 从检验结果可以看出，虽然模具硬度合格，但模从检验结果可以看出，虽然模具硬度合格，但模具组织粗大，晶粒度级别大于标准要求的范围，具组织粗大，晶粒度级别大于标准要求的范围，粗大的组织和晶粒度导致模具的韧性下降。冲击粗大的组织和晶粒度导致模具的韧性下降。冲击试验的结果说明，模具韧性只有正常模具的试验的结果说明，模

7、具韧性只有正常模具的1/4脆脆性极大。同时，型腔凹槽处的堆焊也存在问题。性极大。同时，型腔凹槽处的堆焊也存在问题。该模具型腔凹槽处只是堆焊了一层低碳钢，与基该模具型腔凹槽处只是堆焊了一层低碳钢，与基体硬度相差甚大，同时焊接时焊缝附近基体温度体硬度相差甚大，同时焊接时焊缝附近基体温度升至相变温度以上，发生了马氏体相变，由于相升至相变温度以上，发生了马氏体相变，由于相变应力的存在，在堆焊处产生焊接冷裂纹。这些变应力的存在，在堆焊处产生焊接冷裂纹。这些裂纹和未焊透形成的孔洞等缺陷直接导致此处成裂纹和未焊透形成的孔洞等缺陷直接导致此处成为裂纹源。模具工作时，以该处为起点，产生脆为裂纹源。模具工作时，以

8、该处为起点，产生脆性断裂，导致模具早期破裂。性断裂，导致模具早期破裂。结语与建议模具材料符合模具材料符合4Cr2MoVN i钢的成分要求。模具型腔堆钢的成分要求。模具型腔堆焊层内的焊接缺陷对模具的早期断裂起了促进作用。焊层内的焊接缺陷对模具的早期断裂起了促进作用。组织粗大，晶粒粗大，模具韧性不足是导致模具断裂组织粗大，晶粒粗大，模具韧性不足是导致模具断裂的主要原因。的主要原因。在生产过程中应严格控制模具的热处理工艺。淬火加在生产过程中应严格控制模具的热处理工艺。淬火加热规范决定了奥氏体的实际晶粒度，从而对马氏体的热规范决定了奥氏体的实际晶粒度，从而对马氏体的形态及回火后的性能有显著影响，因而要控制淬火加形态及回火后的性能有显著影响，因而要控制淬火加热温度，细化晶粒以提高模具的强度和韧性。另外在热温度，细化晶粒以提高模具的强度和韧性。另外在修补模具时，为保证堆焊层的硬度及较高的耐冷热疲修补模具时，为保证堆焊层的硬度及较高的耐冷热疲劳性能，应选用与模具材料相近的堆焊焊条，焊后应劳性能，应选用与模具材料相近的堆焊焊条，焊后应进行热处理以消除焊接应力，防止产生裂纹。进行热处理以消除焊接应力，防止产生裂纹。BACK