L'analisi dei guasti dello stampo per pressofusione in acciaio H13

Utilizzando microscopio ottico, microscopio elettronico a scansione, tester di durezza, macchina per prove di impatto, ecc., Sono state analizzate le prime cause di guasto dello stampo per pressofusione di acciaio H13 per la formatura della lega di alluminio. I risultati mostrano che la modalità di rottura dello stampo è una frattura fragile complessiva. Il motivo principale è che ci sono difetti strutturali più gravi come la segregazione del nastro, le inclusioni non metalliche e il carburo liquido nell'acciaio dello stampo. Allo stesso tempo, il processo di trattamento termico è irragionevole; non metallici Le crepe si formano attorno a inclusioni e carburi liquefatti sotto l'azione di stress termico e forza meccanica. La segregazione del nastro e l'irragionevole processo di trattamento termico riducono la resilienza dello stampo, fanno sì che le crepe si propaghino rapidamente e alla fine portano al cedimento precoce dello stampo.

L'acciaio H13 è attualmente l'acciaio per stampi per lavorazioni a caldo più utilizzato. Grazie alla sua elevata resistenza alle alte temperature e durezza, ha una buona tenacità, prestazioni di fatica termica e una certa resistenza all'usura in condizioni di temperatura media e può resistere alla corrosione del metallo fuso. , Spesso utilizzato per realizzare stampi per pressofusione.

Durante l'uso, lo stampo per pressofusione deve resistere all'impatto e alla sollecitazione di compressione del metallo fuso ad alta temperatura, nonché allo sforzo di trazione generato dalla compressione del metallo pressofuso durante la sformatura. La situazione di stress è più complicata e il processo di utilizzo è spesso dovuto a cricche termiche e guasti complessivi dovuti a frattura fragile, corrosione o erosione.

Ci sono molti fattori che causano il fallimento della pressofusione. È difficile determinare correttamente la causa dell'errore. Inoltre, la qualità dell'acciaio H13 prodotto dai produttori nazionali non è uniforme e il processo di trattamento termico non è ragionevole. Questo porta molto all'analisi dei guasti degli stampi di pressofusione. difficile.

Un impianto metallurgico ha utilizzato stampi per pressofusione in lega di alluminio realizzati in acciaio H13 e ha prodotto solo di prova più di 100 prodotti. Lo stampo si è rotto del tutto dopo che il tempo di utilizzo è stato inferiore a un giorno, il che ha causato alcune perdite economiche all'impianto. Per trovare il motivo del fallimento dello stampo di pressofusione di acciaio H13, l'autore ha effettuato
Analisi fallimentare.

Difetti organizzativi

Ci sono evidenti difetti di segregazione della banda nella struttura ricotta dell'acciaio grezzo dello stampo. La segregazione delle bande è una sorta di segregazione della composizione chimica. Quando il lingotto di acciaio viene forgiato e laminato, la segregazione dendritica formata durante il processo di solidificazione viene laminata e allungata per formare una zona di segregazione. Durante la ricottura, il carburo precipita lungo la zona di segregazione per formare una banda con diversi gradi di densità. Segregazione. La segregazione delle bande è l'indicatore più semplice e importante per misurare il grado di segregazione dell'acciaio H13. Può riflettere la segregazione di elementi di lega e dendriti nella struttura del lingotto di acciaio e se il processo di lavorazione a caldo è appropriato. Ha un impatto significativo sulla resilienza trasversale dell'acciaio. Pertanto, lo standard NADCA#2007-2003 stabilisce chiaramente il livello accettabile della struttura ricotta e la segregazione della fascia dell'acciaio H13. La segregazione delle bande ha una grande influenza sulla struttura e sulle proprietà dopo la tempra. Dopo l'estinzione, la struttura martensite a basso contenuto di carbonio si forma nella zona povera di carbonio e la struttura martensite crittonica ad alto contenuto di carbonio si forma nella zona ricca di carbonio, che viene infine ereditata. Stato temperato. La segregazione della fascia dell'acciaio dello stampo guasto è grave e la struttura è molto irregolare, il che influisce gravemente sulla tenacità trasversale dello stampo.

Inclusioni non metalliche e carburi liquefatti nella zona di segregazione. Gli studi hanno evidenziato che il riscaldamento e la diffusione del lingotto può ridurre la segregazione dell'elemento, ma per l'acciaio H13 la segregazione è difficile da eliminare completamente, e una volta che appare nella zona di segregazione Un gran numero di inclusioni non metalliche e carburi liquefatti ridurrà ulteriormente la resilienza trasversale dell'acciaio. Questa è anche una base importante per distinguere se il livello di segregazione della banda è qualificato o meno in NADCA#2007-2003. Secondo i risultati del test, la purezza dell'acciaio per stampi è bassa e la zona di segregazione contiene un gran numero di inclusioni non metalliche. Tra questi, le inclusioni di grandi particelle DS Al 2 O 3 hanno raggiunto il livello di 2.0, che danneggia gravemente la continuità della matrice. , Sotto l'azione di una forza esterna, si formano facilmente crepe. La resistenza dell'acciaio diminuisce con l'aumento del numero di inclusioni e maggiore è la dimensione delle inclusioni, maggiore è l'impatto sulla tenacità. I carburi liquefatti sono blocchi grossolani e continui nel lingotto di acciaio H13, che vengono rotti dopo la forgiatura e distribuiti in catene lungo la direzione di forgiatura. Il processo di trattamento termico convenzionale non ha sostanzialmente alcun effetto sulla distribuzione e sulla morfologia dei carburi liquefatti. Pertanto, la distribuzione a catena dei carburi liquefatti è ancora visibile nell'area a forma di cintura della struttura temperata. Analogamente alle inclusioni, i carburi liquefatti possono aumentare la fragilità dell'acciaio a causa della loro stessa frattura o separazione dall'interfaccia della matrice. Inoltre, i carburi locali simili a catene ad angolo acuto possono facilmente causare concentrazione di sollecitazioni e microcricche. La distribuzione concentrata di inclusioni non metalliche e carburi liquefatti, da un lato, influisce seriamente sulla tenacità trasversale dell'acciaio e, dall'altro, è facile formare fonti di cricche durante l'uso.

La durezza dello stampo è troppo alta

Si può vedere dai risultati del test di durezza che la durezza dello stampo guasto è superiore all'intervallo di durezza raccomandato di NADCA#2007-2003 e la distribuzione non è uniforme. Secondo la curva di tempra e rinvenimento dell'acciaio H13, si può notare che una temperatura di tempra eccessivamente elevata o una temperatura di rinvenimento bassa può causare un aumento della durezza dell'acciaio H13 e un rinvenimento insufficiente può causare una distribuzione irregolare della durezza dello stampo. Lo stampo può avere un'elevata durezza dopo la tempra e il rinvenimento a causa di un funzionamento improprio o del controllo della temperatura del forno durante il processo di trattamento termico, che influisce ulteriormente sulla tenacità dello stampo e infine rende la microstruttura in uno stato instabile e un'eccessiva sollecitazione interna residua. Grande, facile da rompere quando agisce una forza esterna, causando il cedimento precoce dello stampo.

Processo di fallimento

Durante l'uso, lo stampo per pressofusione deve resistere all'impatto e alla sollecitazione di compressione del metallo fuso ad alta temperatura, nonché alla sollecitazione di trazione generata dalla compressione del metallo pressofuso durante la sformatura e l'ambiente di servizio è relativamente duro. Si può vedere dai risultati del test che un gran numero di inclusioni e carburi liquefatti è concentrato vicino alla sorgente della cricca sulla superficie. Ci sono differenze nell'elasticità, plasticità e coefficiente di espansione termica delle inclusioni e dei carburi liquefatti dalla matrice. Quando lo stress termico e la forza meccanica vengono applicati ripetutamente, la concentrazione dello stress si forma facilmente attorno alle inclusioni e ai carburi liquefatti e alla fine si verificano microcricche. A causa della bassa tenacità dell'acciaio per stampi, quando si formano le microcricche, lo stampo non ha una tenacità sufficiente per impedire la propagazione della cricca. Quando lo stress supera la sua resistenza alla frattura, è facile che le crepe penetrino nello stampo, provocando la rottura e la rottamazione dello stampo. Da ciò, si può giudicare che le inclusioni non metalliche e i carburi depositati da liquido nell'acciaio per stampi hanno causato precoci microcricche sulla superficie dello stampo, e la tenacità estremamente bassa dell'acciaio per stampi ha causato la propagazione rapida delle cricche, il che è un'importante causa di rottura dello stampo.

Misure di miglioramento

Secondo l'analisi di cui sopra, per l'acciaio H13 e il suo processo di trattamento termico,
Sono stati apportati i seguenti miglioramenti:

• L'acciaio H13 adotta il processo di rifusione dell'elettroslag per migliorare la purezza dell'acciaio e ridurre il contenuto di inclusioni non metalliche; controllare la velocità di rifusione o utilizzare altri processi di fusione per controllare la dimensione e la quantità di carburo liquido.
• Attraverso la ricottura per diffusione ad alta temperatura e la forgiatura multidirezionale ripetuta con un grande rapporto di forgiatura, la segregazione del nastro è migliorata e il carburo liquido è ridotto.
• I parametri del processo di trattamento termico dello stampo devono essere rigorosamente controllati per garantire che la durezza complessiva dello stampo rientri nell'intervallo specificato.

Discussione sui nodi

• La frattura dello stampo è frattura fragile. Il motivo è che c'è una segregazione della banda relativamente seria nella microstruttura dell'acciaio per stampi, e ci sono più inclusioni non metalliche e carburi liquidi nella zona di segregazione, inoltre nessun processo di trattamento termico ragionevole fa sì che la durezza complessiva dello stampo sia più alto. L'effetto combinato di questi fattori determina una tenacità estremamente bassa dello stampo.
• Le inclusioni non metalliche nell'acciaio per stampi e nelle vicinanze del carburo liquido sono facili da formare precoci microcricche e la tenacità estremamente bassa dell'acciaio per stampi fa sì che le cricche si propaghino rapidamente e infine lo stampo complessivo si rompe.
• Nella produzione futura, la fabbrica ha selezionato l'acciaio per stampi H13 di alta qualità e ha controllato rigorosamente i parametri del processo di trattamento termico. La durata dello stampo è stata notevolmente migliorata. Non sono state riscontrate grandi crepe passanti dopo la pressofusione di 10 pezzi.

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