H13钢模具零件开裂原因分析

6 2 模具工业 2 0 1 4 年第4 0卷第 l 0 期 模 具制造技 术 H 1 3 钢 模 具 零 件 开 裂 原 因 分 析 张彦文 陈雪艳 许竹桃 张友登 陶 勇 1 武汉钢铁 集团 公司研究院 湖北 武汉4 3 0 0 8 0 2 武汉钢铁 集团 公司研究院质检 中心 湖北 武汉4 3 0 0 8 0 摘要 Hl 3 铜模具 零件在使用过程 中开裂为多块 为弃清开裂原 因 通过宏观观察 扫描 电镜及 能谱分 析 金相组织分析等方法对开裂零件进行了深入分析 结果表明 零件表面渗层呈网络状 导致脆性增 加 在应力作用下 产生较 多表面裂纹并逐渐扩展 最终导致零件开裂失效 为了减轻或 消除零件表面 网状渗层 可通过严格控制碳氮共渗工艺等途径加以解决 关键词 3 钢 模具零件 开裂 碳氮共渗 扩散 退火 中图分类号 T G 7 6 T G1 5 6 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 2 l 6 8 2 0 1 4 1 O 0 0 6 2 0 4 Ana l y s i s o f c r a c k i ng i n di e c o mpo ne nt ma de o f H1 3 s t e e l Z HANG Ya n we n CHEN Xue y a h XU Zh u t a o Z HANG Yo u d e ng TAO Yon g 1 Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t C e n t e r o f Wu h a n I r o n a n d S t e e l C o mp a n y Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 8 0 C h i n a 2 Qu a l i t y I n s p e c t i o n C e n t e r o f Wu h a n I r o n an d S t e e l C o mp a n y Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 8 0 C h i n a Ab s t r a c t A d i e c o mpo n e nt ma d e of H1 3 s t e e l s ud d e n l y c r a c k e d t o p i e c e s i n t h e wo r k i n g pr o c e s s I n o r d e r t o fi nd ho w i t f r a c t u r e d t h e b r ok e n s a mpl e wa s de e pl y s t u di e d b y ma c r o s c o p i c o b s e r v a t i on SEM X r a y e n e r g y s p e c t r o m e t e r an d me t a l l o g r a ph y mi c r os c o pe Th e r e s u l t s h ows t h a t ni t r i d i ng l a y e r i s r e t i c ul a t e wh i c h ma ke s t he s up e r f i c i a l s t r u c t ur e c r i s p Un de r t he s t r e s s mo r e s u r f a c e f r a c t u r e s g e n e r a t e d an d e x t e n de d a nd fi na l l y l e d t o t h e c r a c k i n g f a i l ur e I n o r de r t o r e d u c e o r e l i n fi na t e n e t wo r k c e me n t i t e c a r b o nn i t r i d i n g p r oc e s s s h o ul d b e c o nt r o l l e d s t r i c t l y Ke y wo r ds H 1 3 s t e e l d i e c omp on e n t s c r a c k i n g e a r b o ni t rid i n g d i f f u s i on an ne a l i n g 1 引 言 j 丁乐制 吕 材 的Hl 3钢模具零件住使J j 过 中开裂为多块 使 时 间仅 年 远低 丁没计的使 寿命 断口送检以前放置了较 K时间 锈蚀较严 重 开裂零什送检部分宏观形貌如 图 l 2 所示 Hl 3 钢是热作模 具钢 这类钢以C r Mo V为主要强 化元 素 牌号为 4 C r 5 Mo S i Vl 常川 丁制造受冲 载 荷较 人的锻模 热挤乐模及精锻模 铝 铜及其合金 乐铸模 H l 3 钢 含有较高的碳和钒 耐磨性及耐热 性好 韧性相对较低 具有较好的高温强度利硬度 较 高的淬透性和抗热裂能力 Hl 3 钢若进 气体渗 氮或碳氮共渗可使零件表面进一步强化 图 1 丌裂 零什宏观 形貌 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 0 C 题 g 矾 崭 5 k 9 r 湖 北孝感 人 博 士研 究牛 丰 为了弄清零 I I 开 I 裂原 冈 运 宏观观察 扫描 研究 向为金属材料失效分析 J r H 梃 l 世几 厶 仉 儿 承 j 一 瑚 模具工业 2 0 1 4 年第4 0卷第 l 0 期 电镜 能谱仪 以及光学显微镜 等手段 对开裂零f 进行了综合检验分析 2 检验分析 2 1 宏观观察 送检开裂 试样开裂 面较 多 且表面锈蚀严 重 无法判断最初 的开裂源 对 丁 1 2中 z断 面 目测可 开裂均起源 丁零什表面 断面均无明 显塑性变形 为典 的脆性断裂 2 2 扫描 电镜断口观察 电镜 卜 2 所示A断面开裂源低倍放 人 见 3 开裂起源 丁试样 表层 开裂试样各断面微观形 貌类似 均为韧窝特征 4 表层断面局部可见 形态弯 曲的裂纹 见 5 2 3 光学显微分析 分别截取 l 所示 y Z 3 个部何 多俄面镶 l 扶 厉磨制金相抛光面观察 夹杂物 为硫化物类 A1 5 级 6 I 类氮化物 B 2 级 见 7 D类氮化物 D 2 级 8 X Y Z 3 个部化原始表面均 可 较 多裂纹存住 如 y处裂纹 见图 9 裂纹 附近术观察剑 明显氧化物及聚集分布 的夹杂物 上述抛光面经 试刺浸蚀后 呵 各部何 试样 表面存住 明显渗 层 渗层组织为 马氏体 碳化物 基体 组织 为同火索 氏 体 如 l 0 l l 所示 2 4 扫描 电镜及能谱仪组织分析 上述金相试样渗层绀纵能谱分析如 l 2 所示 C N元素峰明显 此渗层 为 N 渗层 渗层组 织 町 较 多裂纹存住 见 1 3 局部较 高倍数放人 斤可见网络状特征 见 1 4 网络部位能谱分析 警 1 l 5 l冽络 侧能谱分析 l 6 网络上 C N含 图3 A断面丌裂源低倍放大形貌 图4 断面韧窝特 图5 断面弯卅 1 裂纹 图6 硫化物灾杂 图7 B类氮化物灾杂 图8 D炎氮化物夹杂 一 模具工业 2 0 l 4 年 第4 0 卷第 l 0 期 I O 0 2 O 0 3 4 O 0 O i l 6 O 0 7 O0 8 O0 9 O 0 图 1 6 渗层网络内侧能游分析 i L 一 O 0 2O0 j O0 4O 0 5 O 0 6 0 0 7 8 9O0 J 0 图 l 7 綦体组 纵能 分析 会使渗层变脆 I 住使JL j 过 中受力极易产生裂纹 并扩展导致模 具零什 火效 零什表面 网络状 渗层 形成原冈主要为渗氮温度过 高 升温加热 降温冷 却速度 太快 控温仪表火灵以及炉内实际温度 比仪 表显示温度 高等 如 果温度过 高 扩散层中的氮化 物便聚集 长人 弥散度 卜降导致住品界上形成 高氮 相 的网状 或波纹状组织 冈渗碳剂活性太强 强渗 期保温 时间过 K 扩散期渗 刺滴餐过人 或 者渗斤 冷却速度太慢 以及原材料有组织 缺陷等原 冈 也会 导致碳化物沿品界 网状析 出 为 了减轻 或消 除网络状 渗层 可 采取 以 卜 措 施 1 采 川高温 加热扩 散退火或 高温止 火处理 再在 A c 临界温度 以上加热保温斤 重新淬 火 延 长 保温时间 使网状碳化物溶解在奥氏体中 2 止确选择 钢材 严 格入库雨l 投产 前材质检 奄 有缺陷的钢材不投入使J 一 J 3 选 川活性适 中的渗碳剂 碳氯 共渗温度 选择合适 定期对控温仪表进行校 止 加热 升温速 度不官过快 4 预 备热处理淬 火加热温度不可过 高 以免 材料中马氏体品粒过 粗人 5 住 保护气氛 中加热 避 免零件表面氧 化或 脱碳 6 调质零件应在机械D H x 中把脱碳层切除 K 5 1 4 l 7 5 j N K 7 2l i 77 l K 2 8 6 3 q 4 M 0 L 3 I 5 l 17 r K 7 q 5 S t c K 7 j 1 O 5 0 O j Sl K J 77 3 4 M o L I n V K I 3 l 5 I r K 5 c 1 4 5 j H I c K 8 8 H 5 K7 7 l 7 为了不使氮势过高 要控制 氨的分解率 8 如果 已经 山现 网络状渗层 则通过扩 散退 火消除I I 9 经过整体热处理 I 表面渗氮 后 模具的基 体硬度应确保住4 6 5 2 H R C I 模具钢 开裂样 中夹 物最高级别为2 级 与开 裂无明显关联 4 结束语 H1 3 钢模 具零什表面渗层局部 网络状 导致 渗层很脆 加 上住使 L j 中受 力的作 模贝 零什表 面产 生较多裂纹 一些裂纹住外 力的作川 卜 不断 扩展 最终导致零什开裂失效 为 了减轻或消除网 状渗 层 可通过控 制 零什 表面处 理 I 艺等 途径解 决 参考文献 l K 风 史文彬 捉高 H1 3 钢使 寿命 的探讨 j