模具失效的案例分析.ppt

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1、班 級 ： 材 料 11302班 組 號 ： 第 07 組 組 員 ： 陳 帥 揮 徐 文 涵 張 棟 H13鋼 汽 車 熱 鍛 模 具 失 效 機 理 分 析 1） 模 具 及 材 料 基 本 概 況 2） 模 具 失 效 的 分 析 手 段 3） 模 具 失 效 的 分 析 及 結(jié) 論 4） 解 決 措 施 H13鋼 汽 車 熱 鍛 模 具 失 效 機 理 分 析1） 模 具 及 材 料 基 本 概 況 ：模 具 材 料 及 模 具 加 工 方 式 ： 目 前 ， 國 內(nèi) 汽 車 熱 鍛 模 具 鋼 大 都 采 用 H 系 列 鋼 ， 具 有 較 高 的 高 溫 強 度 和抗 回 火 能

2、力 ， 紅 硬 性 好 ， 且 有 良 好 的 抗 高 溫 疲 勞 腐 蝕 性 能 。 此 次 分 析 的 熱 鍛模 材 料 均 為 H13 模 具 鋼 , 鋼 號 4Cr5MoSiV1 , 其 標 準 材 料 的 化 學(xué) 成 分 如 表 1 所 示 。 熱 鍛 模 具 材 料 的 熱 處 理 工 藝 流 程 為 : 去 應(yīng) 力 退 火 淬 火 3 次回 火 ,模 具 表 面 還 進 行 了 氮 化 處 理 , 最 終 洛 氏 硬 度 (HRC) 在 49 50. 模 具 的 工 作 環(huán) 境 及 壽 命 此 次 分 析 的 汽 車 熱 鍛 模 具 應(yīng) 用 于 軸 類 毛 坯 件 的 粗 鍛 階

3、 段 ， 胚 料初 始 溫 度 1200 1300 ， 由 于 熱 作 模 具 的 工 作 面 往 往 與 高 溫 坯 料直 接 觸 ， 模 具 型 腔 的 瞬 時 溫 度 可 達 600 700 。 另 外 ， 模 具 工 作 中 需 采 用 噴 水 冷 卻 ， 持 續(xù) 時 間 大 約 在 0 2 0 4S， 這 樣 使 得 模 具在 工 作 中 產(chǎn) 生 周 期 性 的 溫 度 變 化 ， 冷 熱 交 替 循 環(huán) 易 引 起 熱 疲 勞 。 模具 使 用 壽 命 調(diào) 查 發(fā) 現(xiàn) ， 使 用 壽 命 較 短 的 熱 鍛 模 具 在 16001800件 ，使 用 壽 命 較 長 的 在 5500

4、7000 件 ， 模 具 平 均 壽 命 在 40005000件 ，壽 命 很 不 穩(wěn) 定 ， 而 國 外 同 類 模 具 使 用 壽 命 一 般 在 1萬 件 以 上 。 2） 模 具 失 效 的 分 析 手 段 表 面 宏 觀 分 析 對 失 效 熱 鍛 模 工 作 面 宏 觀 形 貌 觀 察 ， 大 部 分 失 效 熱 鍛 模 都 是 在 表面 出 現(xiàn) 了 不 同 程 度 的 損 傷 ， 表 面 的 磨 痕 清 晰 可 見 ： 溝 痕 、 劃 傷 、 粘 著磨 損 現(xiàn) 象 。 除 磨 損 外 ， 還 有 大 量 的 冷 熱 疲 勞 裂 紋 ， 呈 網(wǎng) 狀 (龜 裂 狀 )或放 射 狀 分

5、 布 。 裂 紋 處 的 顯 微 形 貌 為 進 一 步 觀 察 裂 紋 部 位 的 細 節(jié) ， 選 取 了 具 有 典 型 裂 紋 的 上 模 下 端 面 的 失 效 部位 ， 用 線 切 割 機 切 割 裂 紋 部 位 ， 進 行 取 樣 分 析 ， 樣 件 尺 寸 10mmX 10mmX 6mm。 通Philpsquant-200型 掃 描 電 子 顯 微 鏡 進 行 觀 測 ， 得 到 了 不 同 倍 數(shù) 的 掃 描 電 鏡 圖 片 ，可 以 看 到 ， 在 失 效 模 具 表 面 邊 緣 處 出 現(xiàn) 大 量 的 蝕 點 ， 邊 緣 磨 損 嚴 重 ， 失 去 形 狀 。模 具 表 面

6、 分 布 裂 紋 ， 裂 紋 深 淺 程 度 不 一 ， 主 裂 紋 周 圍 伴 有 大 量 細 小 裂 紋 ， 靠 近 模 具 端 部 的 細 小 裂 紋 已 經(jīng) 縱 橫 溝 通 ， 由 邊 緣 向 內(nèi) 部 延 伸 。 裂 紋 內(nèi) 有 氧 化 物 夾雜 ， 并 且 模 具 端 部 裂 紋 表 面 有 部 分 脫 落 ， 脫 落 部 分 面 積 大 約 有 200 mm x 80 mm大 小 。 模 具 材 料 的 表 層 組 織 發(fā) 生 變 化 ， 有 表 面 氧 化 現(xiàn) 象 。 能 譜 分 析 為 了 更 深 入 地 研 究 模 具 失 效的 原 因 ， 鑒 定 裂 紋 內(nèi) 外 元 素 含

7、 量的 變 化 及 合 金 元 素 擴 散 的 情 況 ，進 行 了 裂 紋 區(qū) 域 的 能 譜 分 析 (EDS)。為 便 于 比 較 ， 在 試 樣 上 選 取 了 位于 裂 紋 處 及 基 體 上 的 A,B兩 個 點 進行 掃 描 ， 利 用 GENESIS型 能 譜 分 析儀 ， 從 而 得 到 了 裂 紋 內(nèi) 及 基 體 處的 EDS圖 譜 。 裂 紋 A與 裂 紋 B處 的 元 素 情 況 3） 模 具 失 效 的 分 析 及 結(jié) 論 裂 紋 處 的 掃 描 圖 譜 中 沒 有 發(fā) 現(xiàn) 合 金 元 素 M n ， M o ，V ， Si， 裂 紋 附 近 的 合 金 元 素 也

8、發(fā) 生 了 變 化 合 金 元 素含 量 改 變 。 由 此 可 知 ， 在 高 溫 腐 蝕 的 環(huán) 境 作 用 下 ， 失 效 模 具 鋼 表面 的 合 金 元 素 進 行 了 重 新 分 布 ， 裂 紋 處 的 合 金 元 素 M n，M o， V ， Cr 的 含 量 大 幅 降 低 ， 導(dǎo) 致 模 具 材 料 的 局 部 強 度下 降 ， 形 成 可 能 的 裂 紋 萌 生 源 。 這 種 初 始 裂 紋 在 外 載 荷 ，尤 其 是 強 烈 的 沖 擊 載 荷 和 冷 熱 交 替 循 環(huán) 產(chǎn) 生 的 交 變 熱 應(yīng) 力作 用 下 ， 極 易 增 長 。 擴 展 的 裂 紋 逐 漸 溝

9、 通 融 合 ， 即 可 產(chǎn) 生宏 觀 裂 紋 ， 產(chǎn) 生 龜 裂 現(xiàn) 象 。 此 外 ， 在 高 溫 腐 蝕 下 模 具 表面 產(chǎn) 生 氧 化 物 ， 脆 性 氧 化 物 的 脫 落 降 低 了 模 具 表 的 耐 磨 性 和 抗 氧 化 性 ， 加 速 了 表 層 磨 損 ， 最 終 導(dǎo) 致 模 具 失 效 。 對 裂 紋 深 處 的 進 一 步 研 究 表 明 ， 穿 過 表 層 的 裂 紋 內(nèi) 未見 有 脫 碳 ， 裂 紋 內(nèi) 部 也 未 見 氧 化 現(xiàn) 象 ， 所 以 ， 可 以 認 為裂 紋 不 是 由 熱 處 理 產(chǎn) 生 的 。 裂 紋 內(nèi) 及 裂 紋 附 近 均 出 現(xiàn) 了 氧

10、 元 素 ， 裂 紋 處 的 含 量 更高 ， 模 具 鋼 表 面 發(fā) 生 了 氧 化 腐 蝕 ， 且 裂 紋 處 氧 化 嚴 重 。 顯 微 硬 度 分 析利 用 FM-300維 氏 顯 微 硬 度 計 測 定 了 裂 附 近 的 顯 微 硬 度 。從 測 量 結(jié) 果 看 ， 可 以 觀 察 到 失 效 模 表 面 有 一 退 化 層 ，其 深 度 在 300 800m之 間 ， 退 化 層 上 分 布 有 裂 紋 ； 越靠 近 材 料 表 面 硬 度 值 越 低 ， 硬 度 值 的 變 化 范 圍 在 195 455HV 之 間 ， 而 H13 模 具 鋼 原 始 硬 度 應(yīng) 在 500

11、HV左 右 。 而 且 模 具 鋼 表 面 經(jīng) 過 高 溫 氧 化 腐 蝕 后 ， 材料 內(nèi) 化 學(xué) 元 素 含 量 的 比 例 發(fā) 生 改 變 ， 合 金 元 重 新 分布 ， 且 越 靠 近 表 面 的 部 位 合 金 元 素 降 低 越 嚴 重 ， 硬度 也 隨 之 下 降 的 越 快 ， 由 此 可 以 推 斷 ， 硬 度 的 改 變 是由 材 料 內(nèi) 元 素 成 分 的 變 化 引 起 的 ， 圖 中 給 出 了 顯 微 硬 度 分 布 結(jié) 果 。 由 上 述 試 驗 分 析 可知 ， 在 高 溫 高 壓 的 工 作 環(huán) 境 中 ， 材 料 表 面 成 分 改 變 ，局 部 表 面

12、合 金 元 素 的 降 低 ， 直 接 導(dǎo) 致 了 模 具 材 料 性 能的 下 降 ， 在 強 烈 的 沖 擊 及 熱 疲 勞 載 荷 作 用 下 ， 在 該部 位 首 先 出 現(xiàn) 破 損 ， 顯 然 ， 引 起 熱 鍛 模 具 失 效 的 初 始 破 壞 是 從 材 料 的 表 面 開 始 的 。 初 始 破 損 在 沖 擊 載 荷和 熱 疲 勞 載 荷 交 替 作 用 下 ， 不 斷 擴 展 延 伸 ， 相 互 貫通 ， 形 成 宏 觀 裂 紋 ， 加 上 表 面 的 高 溫 氧 化 作 用 ， 形成 脆 性 氧 化 物 ， 脆 性 氧 化 物 的 抗 疲 勞 性 能 較 差 ， 容易

13、引 起 脫 落 ， 這 樣 在 有 些 失 效 模 具 上 就 出 現(xiàn) 了 邊 緣 部位 表 面 的 大 面 積 脫 落 。 某 失 效 模 具 鋼 表 層 材 料 的 硬 度 變 化 曲 線 結(jié) 論導(dǎo) 致 汽 車 熱 鍛 模 失 效 的 主 要 原 因 是 ： 模 具 型 腔 表面 的 熱 磨 損 、 高 溫 氧 化 及 熱 疲 勞 裂 紋 。 模 具 工 作 面 表 層 材 料 的 性 能 對 模 具 的 最 終 服 役 壽 命 起 到 至 關(guān)重 要 的 作 用 ， 要 提 高 模 具 的 工 作 性 能 ， 延 長 其 使 用 壽 命 ， 也 應(yīng)從 材 料 的 表 面 著 手 。 隨 著

14、 材 料 表 面 工 程 處 理 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 通 過表 面 工 程 的 技 術(shù) 手 段 ， 可 以 很 好 地 改 善 材 料 的 表 面 性 能 ， 如 提高 材 料 的 抗 高 溫 腐 蝕 性 能 ， 耐 磨 損 性 能 ， 提 高 疲 勞 強 度 等 。 常 用的 表 面 處 理 手 段 如 表 面 噴 涂 ， 表 面 溶 覆 等 工 藝 可 顯 著 地 提 高 材 料的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 可 大 大 地 提 高 熱 鍛 模 的 使 用 壽 命 ， 而 且 具 有 良 好 的 經(jīng) 濟 性 。 參 考 文 獻 【 1】 樊 東 黎 ， 王 廣 生 ， 熱 處 理 手

15、冊 【 M】 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ，2001. 【 2】 徐 進 .陳 冉 技 .模 具 鋼 【 .M】 .北 京 :冶 金 工 業(yè) 出 版 社 ， 1989. 【 3】 曾 珊 琪 ， 丁 毅 ， 模 具 壽 命 與 失 效 M】 .北 京 :化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ，2005. 【 4】 寶 志 堅 .汽 車 熱 鍛 校 具 的 失 效 機 理 及 延 壽 技 術(shù) 【 D】 .北 京 :華 北 電 力 大 學(xué) ， 2006. 【 5】 徐 濱 士 .神 奇 的 表 面 工 程 【 M】 .北 京 :淸 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 2000. 【 6】 劉 宗 徳 .

16、安 江 英 ， 楊 昆 等 .電 爆 炸 高 速 噴 涂 新 技 術(shù) 研 究 【 j】 。爆 炸 與 沖 擊 ,2001（ 1） ： 17-20 D型 石 墨 合 金 灰 鑄 鐵 玻璃 模 具 的 裂 紋 失 效 分 析 目 錄 1、 模 具 與 模 具 材 料 2、 模 具 腔 內(nèi) 裂 紋 分 析 3、 結(jié) 論 4、 改 進 措 施 1、 模 具 與 模 具 材 料玻 璃 模 具 的 常 見 損 傷 原 因 及 性 能 要 求在 玻 璃 制 品 生 產(chǎn) 過 程 中 ， 熔 融 的 玻 璃 料 由 滴 料 機 送 入 玻 璃 模 具 中 ，熱 量 由 模 具 內(nèi) 擴 散 到 外 部 ， 快 速

17、 冷 卻 使 玻 璃 料 成 型 ， 然 后 開 模 ， 得到 玻 璃 制 品 。 由 于 模 具 內(nèi) 腔 頻 繁 與 高 溫 粘 滯 玻 璃 接 觸 ， 必 定 要 承 受玻 璃 料 的 磨 損 及 腐 蝕 ； 同 時 制 品 在 模 具 內(nèi) 成 型 ， 則 要 經(jīng) 受 1100 左右 的 熔 融 玻 璃 到 出 模 的 600 左 右 成 型 制 品 的 快 速 溫 度 循 環(huán) ； 因 此要 求 玻 璃 模 具 在 高 溫 下 具 有 良 好 的 耐 磨 損 、 耐 腐 蝕 、 抗 氧 化 性 、 導(dǎo)熱 性 以 及 抗 熱 疲 勞 性 等 性 能 ， 另 外 ， 玻 璃 模 具 還 應(yīng) 具

18、 有 一 定 的 機 加工 性 ， 材 質(zhì) 致 密 ， 熱 膨 脹 系 數(shù) 小 ， 成 本 低 廉 等 特 點 。 D型 石 墨 合 金 灰 鑄 鐵 的 性 能 D 型 石 墨 是 灰 鑄 鐵 鐵 液 在 較 高 過 冷 度 的 條 件 下 形 成 的 奧 氏 體 枝 晶 間 點 狀 石墨 。 在 基 體 組 織 相 同 的 情 況 下 ， D 型 石 墨 鑄 鐵 的 強 度 高 于 普 通 A 型 石 墨 鑄鐵 。 加 之 D 型 石 墨 分 布 更 為 細 小 均 勻 ， 端 部 較 鈍 ， 不 會 引 起 較 大 的 應(yīng) 力 集中 ， 而 且 在 共 晶 團 之 間 不 會 相 互 接

19、觸 ， 在 組 織 致 密 性 、 抗 氧 化 性 、 耐 熱 疲勞 性 等 方 面 也 表 現(xiàn) 良 好 。 D型 石 墨 合 金 灰 鑄 鐵 以 其 良 好 的 抗 氧 化 性 能 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 玻 璃 模 具 。 在 D 型 石 墨 合 金 鑄 鐵 模 具 的 生 產(chǎn) 過 程 ， 通 常 采 用 合 金 化 和 內(nèi) 腔 激 冷 工 藝 ， 以 獲得 良 好 的 D 型 石 墨 形 態(tài) ， 提 高 模 具 的 抗 氧 化 性 、 耐 磨 性 和 抗 熱 疲 勞 性 能 。但 是 ,如 果 工 藝 控 制 不 嚴 ， 會 在 模 具 組 織 中 形 成 晶 間 碳 化 物 ， 退 火

20、 時 難 以 完全 消 除 ， 導(dǎo) 致 模 具 在 使 用 過 程 出 現(xiàn) 裂 紋 ， 影 響 模 具 的 使 用 壽 命 。 模 具 的 生 產(chǎn) 工 藝 鐵 水 在 容 重 500kg 的 中 頻 無 芯 感 應(yīng) 電 爐 熔 煉 ， 加 料 順 序 為 廢 鋼 、 鐵 合 金 、 回爐 料 、 生 鐵 ， 鐵 水 熔 煉 溫 度 1500 1520 。 為 了 縮 短 出 爐 到 澆 注 的 時 間 ， 防止 孕 育 衰 退 ， 添 加 回 爐 料 降 低 鐵 水 出 爐 溫 度 ， 出 爐 時 隨 鐵 水 流 孕 育 加 入 0.4-0.6wt%的 SH 孕 育 劑 。 采 用 冷 鐵 在

21、 上 的 單 箱 無 冒 口 樹 脂 砂 成 形 工 藝 鑄 造 成 形 ，澆 注 速 度 約 25s/模 ， 500kg 鐵 水 在 3-5min 內(nèi) 澆 完 。 合 金 鑄 鐵 的 化 學(xué) 成 分 如 下表 所 示 。 模 具 落 砂 清 理 后 進 行 退 火 處 理 。 采 用 功 率 為 120k W 的 臺 車 式 電 阻 退火 爐 ， 以 約 110 /h 的 升 溫 速 率 由 室 溫 加 熱 到 910 ， 保 溫 6-8h， 然 后 隨 爐 冷到 至 400 以 下 后 出 爐 空 冷 。 鐵 液 化 學(xué) 成 分 圖 為 合 金 鑄 鐵 模 具 退 火 的 組 織 。 退

22、火 后 的 組 織 為 鐵素 體 基 體 ， 但 組 織 中 仍 殘 存 少 量 的 珠 光 體 和 碳 化 物 。 2、 模 具 腔 內(nèi) 裂 紋 分 析裂 紋 的 宏 觀 形 貌 在 服 役 過 程 中 ， 出 現(xiàn) 早 期 內(nèi) 腔裂 紋 失 效 的 模 具 如 右 圖 所 示 。圖 中 ， 模 具 內(nèi) 腔 表 面 存 在 三 條肉 眼 可 見 的 裂 紋 。 一 旦 出 現(xiàn) 這種 裂 紋 ， 就 會 在 玻 璃 制 品 表 面留 下 印 跡 ， 影 響 制 品 表 面 質(zhì) 量 ；如 果 繼 續(xù) 使 用 ， 模 具 還 會 出 現(xiàn)斷 裂 的 危 險 。 模 具 內(nèi) 腔 裂 紋 宏 觀 形 貌

23、裂 紋 的 微 觀 形 貌為 了 分 析 上 述 目 標 裂 紋 的 形 成 原 因 ， 在 模 具 內(nèi) 腔 表 面 截 取 裂 紋 試 樣進 行 了 微 觀 分 析 。 用 線 切 割 在 模 具 內(nèi) 腔 表 面 截 取 包 含 裂 紋 的 矩 形 試樣 若 干 ， 試 樣 尺 寸 為 30mm 30mm 30mm。 經(jīng) 研 磨 、 拋 光 ， 在 金相 顯 微 鏡 下 觀 察 裂 紋 走 向 及 微 觀 石 墨 形 態(tài) 和 分 布 ； 再 經(jīng) 5%硝 酸 酒精 溶 液 浸 蝕 后 ， 在 金 相 顯 微 鏡 及 SEM下 觀 察 裂 紋 形 貌 及 基 體 組 織 形態(tài) ， 同 時 采 用

24、 EDS 分 析 未 知 相 的 成 分 。 由 于 目 標 裂 紋 較 長 ， 將 裂 紋分 為 了 三 個 部 分 。 圖 示 為 裂 紋 的 起 始 擴 展 示 意圖 ， 裂 紋 是 沿 奧 氏 體 枝 晶 交界 處 傳 播 的 ， 這 是 因 為 奧 氏體 枝 晶 間 存 在 元 素 和 夾 雜 的偏 析 ， 結(jié) 合 強 度 相 對 較 低 。圖 示 為 裂 紋 的 末 端 ， 從 圖 中可 以 看 出 ， 裂 紋 較 細 、 無 分枝 ， 裂 紋 周 邊 的 組 織 無 明 顯的 相 變 。圖 示 為 裂 紋 的 中 段 ， 裂 紋 周 邊的 組 織 未 發(fā) 生 明 顯 的 組 織

25、變 化 ，但 裂 紋 在 傳 播 的 過 程 中 發(fā) 生 分枝 。 圖 示 為 裂 紋 周 邊 與 遠 離 裂 紋 處 的 組 織 對 比 ， a為 裂 紋 周 邊 ,b為 遠 離 裂 紋 處 。由 此 可 見 ， 裂 紋 周 邊 因 熱 疲 勞 而 發(fā) 生 了 組 織 變 化 ， 這 種 相 變 會 產(chǎn) 生 較 大 的 應(yīng)力 ， 當 應(yīng) 力 得 不 到 釋 放 時 ， 就 會 在 模 具 表 面 產(chǎn) 生 裂 紋 。由 上 述 金 相 組 織 分 析 ， 可 以 得 出 ： 在 裂 紋 前 段 ， 裂 紋 附 近 組 織 在 熱 循 環(huán) 作 用下 已 發(fā) 生 較 嚴 重 的 組 織 相 變 ；

26、 有 可 能 是 裂 紋 產(chǎn) 生 的 根 源 。 在 裂 紋 末 端 ， 組 織正 常 ， 是 初 始 裂 紋 在 應(yīng) 力 的 作 用 下 沿 晶 間 弱 結(jié) 合 面 擴 展 的 結(jié) 果 。 對 裂 紋 試 樣 進 行 SEM分 析 。 圖 為 裂 紋附 近 的 組 織 。 在 裂 紋 兩 側(cè) 可 以 清 楚 地看 到 鐵 素 體 枝 晶 以 及 明 顯 的 氧 化 斑 ，而 在 晶 界 處 存 在 大 量 細 小 的 白 色 顆 粒 。經(jīng) 成 分 分 析 可 知 ， 塊 狀 和 粒 狀 夾 雜 均為 碳 化 物 顆 粒 ， 碳 化 物 中 含 有 少 量 的 Mo 和 Ti， 即 含 Mo

27、和 Ti 的 合 金 滲 碳體 。 塊 狀 碳 化 物 和 顆 粒 狀 碳 化 物 的 形成 過 程 不 同 ， 塊 狀 碳 化 物 應(yīng) 為 鑄 造 過程 產(chǎn) 生 的 ， 而 在 退 火 過 程 中 未 完 全 溶入 奧 氏 體 ， 殘 留 在 晶 界 。 小 的 顆 粒 狀碳 化 物 則 是 由 于 模 具 在 使 用 過 程 中 ，受 熱 時 ， 碳 或 碳 化 物 向 奧 氏 體 中 溶 解 ； 在 模 具 激 冷 時 ， 溶 解 在 奧 氏 體 中 的 碳以 二 次 碳 化 物 的 形 式 析 出 。 由 圖 可 以 看 出 ， 在 晶 界 處 存 在 塊 狀 和不 同 粒 徑 的 顆

28、 粒 狀 夾 雜 物 。 觀 察 裂 紋 附 近 組 織 晶 界 處 形 貌 ， 可 以 看 出 ， 組 織 中 包 含 塊 狀 磷 共晶 、 碳 化 物 、 析 出 碳 化 物 、 二 次 石 墨 等 ， 其 中 塊 狀 磷 共 晶 和 碳 化物 為 鑄 態(tài) ， 退 火 處 理 中 未 完 全 消 除 ； 二 次 石 墨 可 能 是 在 退 火 過 程中 形 成 的 ， 也 有 可 能 是 在 模 具 使 用 過 程 中 形 成 的 。 在 700 以 上 的 高 溫 下 ， 基 體 鐵 和 石 墨 都 會 發(fā) 生 劇 烈 的 氧 化 ， 而 且 石 墨 越 數(shù)量 多 ， 石 墨 片 越 粗

29、 大 ， 氧 化 越 嚴 重 。 在 模 具 服 役 過 程 中 ， 模 具 材 料 會 反 復(fù) 地經(jīng) 過 鐵 素 體 和 奧 氏 體 轉(zhuǎn) 變 區(qū) 域 ， 碳 不 斷 地 溶 解 與 析 出 ， 勢 必 會 造 成 體 積 膨 脹與 組 織 內(nèi) 部 應(yīng) 力 ； 由 于 石 墨 對 基 體 有 非 常 強 烈 的 割 裂 作 用 ， 且 石 墨 片 越 粗 大 ， 端 部 越 尖 銳 ， 這種 割 裂 效 果 越 明 顯 ， 從 而 降 低 材 料 的 強 度 ， 成 為 基 體 的 裂 紋 源 ； 基 體 組 織 中 若 存 在 大 塊 狀 碳 化 物 ， 這 種 高 溫 下 不 穩(wěn) 定 的

30、異 質(zhì) 相 在 模 具 工 作 過程 中 會 部 分 發(fā) 生 石 墨 化 轉(zhuǎn) 變 ， 導(dǎo) 致 模 具 高 溫 生 長 ； 同 時 在 晶 界 析 出 的 塊 狀 碳化 物 會 引 起 脆 性 ， 在 熱 應(yīng) 力 的 作 用 下 加 速 裂 紋 源 的 萌 生 與 擴 展 ； 常 溫 下 晶 界 強 度 大 于 晶 粒 強 度 ， 因 此 晶 粒 越 細 小 ， 晶 界 就 越 多 ， 強 度 也 相 對越 高 ； 但 在 高 溫 下 ， 隨 著 溫 度 的 提 高 ， 材 料 晶 界 強 度 和 晶 粒 強 度 同 時 下 降 ，而 且 晶 界 強 度 下 降 的 更 為 顯 著 。 當 超

31、過 等 強 溫 度 時 ， 晶 界 強 度 低 于 晶 粒 強 度 ，位 錯 容 易 在 晶 界 滑 動 ， 產(chǎn) 生 裂 紋 源 ， 并 最 終 導(dǎo) 致 材 料 的 沿 晶 開 裂 。 結(jié) 論 從 上 述 分 析 可 知 ， 模 具 在 使 用 過 程 產(chǎn) 生 裂 紋 的 原 因 是 ： 在 反 復(fù) 的 受 熱 、 冷 卻過 程 中 碳 化 物 的 溶 解 和 析 出 ， 造 成 較 大 的 相 變 應(yīng) 力 。 相 變 應(yīng) 力 與 玻 璃 液 的 摩擦 應(yīng) 力 疊 加 ， 在 晶 界 萌 生 裂 紋 并 沿 晶 界 擴 展 。 組 織 中 塊 狀 碳 化 物 和 磷 共 晶 與基 體 組 織

32、熱 膨 脹 系 數(shù) 相 差 較 大 ， 或 是 由 于 石 墨 片 對 基 體 的 割 裂 作 用 ， 容 易 在端 角 處 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 集 中 ， 促 進 裂 紋 的 形 成 與 延 伸 。 改 進 措 施 由 裂 紋 失 效 分 析 可 知 ， 產(chǎn) 生 裂 紋 的 主 要 原 因 是 模 具 組 織 中 存 在 E 型 石墨 、 粗 大 的 碳 化 物 和 磷 共 晶 等 ， 而 這 些 組 織 的 形 成 與 鐵 水 熔 煉 、 孕 育處 理 及 模 具 毛 坯 的 退 火 工 藝 密 切 相 關(guān) 。 因 此 ， 可 以 從 鐵 水 熔 煉 、 孕 育處 理 以 及 退 火 工 藝

33、等 方 面 進 行 改 進 ， 達 到 改 善 模 具 組 織 ， 提 高 模 具 的抗 熱 疲 勞 性 能 。 對 D 型 石 墨 合 金 灰 鑄 鐵 ， 鐵 水 在 1510 1520 熔 煉 、 并 靜 置 5min 以 上 ， 有 利 于 提 高 鐵 水 的 冶 金 質(zhì) 量 。 采 用 0.030.05wt%的 RE 二 次 孕育 和 0.0050.01wt%含 Bi孕 育 劑 型 內(nèi) 孕 育 ， 模 具 可 獲 得 細 小 的 D 型 石墨 ， 組 織 的 均 勻 性 明 顯 提 高 ， 基 體 組 織 中 的 碳 化 物 和 磷 共 晶 數(shù) 量 顯 著降 低 。 將 D 型 石 墨 合 金 灰 鑄 鐵 的 高 溫 石 墨 化 退 火 溫 度 由 900 -910 提 高 至 930 -960 ， 增 加 720 750 石 墨 化 保 溫 時 間 ，有 利 于 得 到 全 鐵 素 體 基 體 、 碳 化 物 彌 散 細 小 的 組 織 ， 退 火 時 間 較 原 工藝 縮 短 12h。 采 用 RE 二 次 孕 育 、 型 內(nèi) Bi 孕 育 和 新 的 退 火 工 藝 ， 模 具組 織 的 均 勻 性 得 到 極 大 的 改 善 ， 模 具 服 役 情 況 良 好 。