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断裂力学性能拉伸和大型塑料模具钢块疲劳性能之间的关系
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断裂力学性能拉伸和大型塑料模具钢块疲劳性能 之间的关系 摘要 ： 塑料模具 如保险杠，仪表板，汽车零部件等通常是由大型预硬化钢块加工的。由于其尺寸，热处理生产混合的微观结构，不断与来自淬火表面的距离，在这改变断裂韧性和抗疲劳性能是众所周知的， 通常低于 一个完全淬火和回火条件。模具的反应缺陷（例如，由于不正确的焊接裂纹床沉积）， 着重讨论在服务取决于钢性能 。这反过来取决于热处理和微观结构。 点态确定的拉伸 ，夏比逐点测定 裂韧性和旋转弯曲疲劳性能进行了大的 数据 块。 研究了 高周疲劳调查在楼梯的情况的方法。样品取自不同深 度的花朵。之间的力学性能，断裂的关系表面形貌及微观结构进行了研究。 关键词： 塑料模具钢金相，机械性能 ;断裂韧性，高循环疲劳断口 1介绍 大型锻钢坯 (通常截面尺寸 1米 1米且超过 1米长 )通常是用来制造塑料模具的 (图 1a),也用来辅助制作汽车零部件 ,如热塑性塑料保险杠、仪表盘 ,通常是聚丙烯或强化聚丙烯丙烯腈 丁二烯共聚物 ( 应力取决于模具在生产时注射聚合物的压力和当时的热梯度段 ,并会通过缝隙和各种设计缺陷而增大（尤其是不受热处理影响的焊接沉积物，所以建议用较小的组合件）。 每个模具预计在其 生命中生产数百万件，对应于一种车型的生产运行 ;因此，也应考虑疲劳作用。由增强树脂流动引起的磨损可能是严重的，并且可能是裂纹成核和扩展的额外原因，流动的树脂渗透裂缝并用作楔形。 由于经济和物流的原因，机械部件（粗加工，热处理和精加工）的传统生产周期已被放弃，通常由加工预硬化的花纹代替。 最常用的钢种为 40957标准 1），可热处理， C，高淬透性，低合金钢（表 1）。 开花的部分通常可以与原始块的部分相当（因为较大的锭不可行） ;因此，只有通过重复的锻 造步骤才能获得明显的等效减速比，每个锻造步骤由交替的伸长和压缩循环组成。总变形远小于在轧制中获得的总变形，并且在效果中不可比较，因为每个步骤仅实现有限的减速比（ 可能的值）。 取决于大小，脱氢可能需要几天，而奥氏体化和回火阶段的持续时间可以长达 1常情况下， 在 840温度范围内，然后在油中淬火 并在 550温度范围（可以应用多于一个回火阶段）回火，以获得最终的 330热阶段通常在空气中进行。 由于锻造产生粗糙的形状，在加热过程中发生深度脱碳，外部材料去 除（通常在商业仓库中执行）可能高达 20毫米（加上规模）。此外，绽放可能被锯出要求的大小（通常是不对称的） ;保险杠模具的开花通常被锯切以产生 这种花岗岩的尺寸超过了钢 2,3的非常高的硬度临界尺寸，因此在较大的油淬火时，在不断增加的深度处会出现不同的微观结构，所有这些都受随后的回火的影响。 在模具加工车间通过切屑和 /或放电加工获得最终的模具形状，随后在选定的区域中进行或不进行抛光研磨和局部表面处理 ;根据要求，还可以通过焊接添加来进行形状校正。 由于锯切和加工操作，在模具表面可以发现在原始 花纹中的不同位置处发生的任何微观结构，其中通常存在切口效应和焊接热缺陷。以前的研究已经评估了松弛淬火混合微观结构对淬火和回火低合金钢的韧性的有害影响 4,5。然而，虽然其他工具钢的断裂韧性已经被研究 6上述钢的相同性质仅在最近才被作者分析，通过考虑其与大花中发生的不同微观结构的关系 2,9,10-。在本工作中，通过对钢疲劳行为的研究和对断裂面进行深入分析来总结和完成后面的结果（不仅涉及断裂韧性，而且还包括硬度，拉伸性能和弹性），以评估断裂机制发生在不同的试样中。 图 1 汽车保险杠模具的一半视图（一）。 采样计划获得 38毫米厚的断裂韧性样品和较小的坯料，在开花 C（ b）内增加的深度切割。 经检查的花纹具有以下原始尺寸（锻造后）： 2970（ L） 1285（ T） 1190（ S） 横向的性质被认为不受铸造和锻造程序的不同影响。 在如图 1所示的板坯切割的增加深度处获得 40 1B。 点的深度被定义为距离最近的锻造和热处理表面或从参考点的距离（在方向对于断裂韧性试样，深度 报告为断裂起始区的深度。 样品以接受或经过再热处理的条件进行测试。 较小的坯料用于金相显影， 力和硬度测试 ;其中一些被重新热处理。使用在接受条件下测试的断裂韧性试样的半数，用于产生最小直径 d = 6试样和无缺口旋转弯曲疲劳试样 ;一些后者在再热处理条件下进行了测试。一些断裂韧性试样，从原始板坯制造，在破裂前再热处理 ;使用它们的半部分来产生拉伸试样以评估再热处理条件的拉伸性能。 进行再热处理以均匀化微观结构，改善机械性能（由于完全淬火），并将其评估为样品中原始位置的函数。样品奥氏体 化 860 45分钟，淬火，并在 590分两个阶段回火 和 550，每次 3小时。已经加工的 品与一些较小的坯料一起在真空中加热并在 N 2中淬火，而 空气中加热和淬火。奥氏体化和回火温度与工业上采用的相似。 表格 1 塑料模具钢等级为 检查了花纹的热化学分析 铬锰镍鄚丝性 s P 等级 5 5 审查开花 通过 刻 11显现的先前奥氏体晶粒在尺寸，各向同性下均匀，在表面和核心处均为 10 在从一个外表面到另一个外表面的 285尺寸的增加的深度检查实际微结构 ;使用 2 在淬火期间增加深度的较低冷却速度产生从表面到芯的不同金相组分：马氏体（具有一些残余奥氏体，图 2a），下部和上部贝氏体（ 图 2超细和细珠光体（图 2c和 d）。马氏体和贝氏体都受到脾气的影响。珍珠岩不会发生高达 285毫米的深度 ;一些罕见的超细珠光体区域出现在 370后在 450近核心，细珠光体是主要成分（图2c和 d），但仍然检测到一些贝氏体。通过扫描电子显微镜（未报道）解析核心微结构。 在小坯料和 片上观察到的再热处理样品的微观结构（在后一种情况下，在一端或靠近断裂面），都是所有样品中的回火马氏体。 进行硬度，拉 伸和夏比 硬度和拉伸性能随着深度增加而逐渐减小，与微观结构一致（图 3）。原始花纹上的加工硬化系数变化（图 3）与微观结构与深度趋势一致 ;事实上，已知较软的结构具有较高的加工硬化值。 再加热处理的样品的硬度和拉伸性能远远大于所接受条件的硬度和拉伸性能 ;它们随深度略有减小（图 3）。接受条件下的断裂韧性（ 接近表面的 34 2 增加到 47 2 接近，而再热处理样品的值显示更大的值（平均值： 84 2），分散度相当大（图 3）。认为样品尺 寸足以避免塑料铰链或裂纹前端的过度钝化（厚度等于 40度等于 74 核心和表面样品在室温下的夏比 0J，而再热处理的样品显示改善的值（图 4）。断裂外观转变温度确定为 图。 ; 刻。 55 火时回火马氏体，一些残余奥氏体转变（ a） ; 105过回火改性的下贝氏体，回火期间残余奥氏体转变（ b） ; 450毫米深度：精细超细珠光体，通过回火改性的上贝氏体（ c） ; 650（芯 ）：细珠光体，通过回火改性的上贝氏体（显示较粗的碳化物， d）。 疲劳强度振幅在旋转弯曲疲劳试验中 N = 106次循环（ 生存概率（）接受再热处理 芯表面芯表面 10 518 581 638 706 50 493 19 559 17 608 24 700 5 90 469 537 577 694 约 270 50 C 对于靠近核心的人来说在 175 2（图 4），在上述转变温度之间，接近聚 合物注射温度进行进一步的 175 C 从表面到芯的转变温度的降低。 在原始和再热处理条件下，根据阶梯法 12对无缺口的试样进行旋转弯曲疲劳试验，从两个显着位置选择：近表面（距离表面约 140靠近核心（距离表面约 560毫米）。被选为确定疲劳强度为 420万次，与汽车工业生产运行成比例。结果列于表 2 中，而阶梯法的一个例子如表 3所示。 表面附近的样品的疲劳强度比原始和再热处理条件下的核心附近的样品确定的疲劳强度更好。再热处理有非常积极的影响 ;事实上，靠近表面和靠近核心的样品，疲劳寿命提高约 25。这些结果与断裂韧性和拉伸试验结果 一起表明，对块状块进行的热处理不能充分利用钢的质量。 468470 (2007) 193200of , b, in a of 2007 m 1 m m in to 1a), in to of or to in s be by by be be of +39 0115644663; +39 D. is to a of to of be be be an as a of 957 1), a C, )of is to of a be of is in in 2007 e e .,1 006; in as of to in a 006; 006at to a to A of . et 470 (2007) 193in a be up 0 mm( be to to a U of of 2,3, in at of by is in by or by or in by of of an a). to at (b)a 1.5 on a of be as 2 40880C in in 50600C be to a 30300in a 0by to of at in be at of of 4,5; 68, by 2,9,10by an of an of to in 2970(L) 1285(T) 1190(S) to be 0 mm at as of a is as in )or a is of in or in a of i et 470 (2007) 193200 195of in as to a of d = 6 of in 2. at in ; mm a); 105 mm by b); 450 mm by c); 650 mm by d)in it is of of 3). LT in 4 to 7 to to to a as a of 5 in 90550C, h of in 2, to to in by 11, in at at at 285 T to a 2% at to 2a),2bd), 2c d). by up 85 mm 70 mm a of is 50 to is 2c d), by of ed on in at or to in in 3)3) is . et 470 (2007) 193 = 106in %)18 581 638 70650 493 19 559 17 608 24 700 590 469 537 577 69470C to 50to 75 2C(4), to 75C KV or L , LT of 45 mm 40 s ST 84 ), a 3). to or of 0 4 at 4). as of to 12 on in in 40 mm to 60 mm to .2 to , an of is of by to in a in of 5% to to of of in to at 60 mm “X” “O” . et 470 (2007) 193200 197T of 454. at in of at 5a); at is by 5b); at is a of in 5c). T is to in to be to is by of w of of 0 by to 13), it by 6a of is 30 30 mm to of 17a b). in to in in be of to of is at by in 5. of 75of at a b)
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