Jan 02, 2024
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轉(zhuǎn)發(fā)自:《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期
.失效分折.
作者:楊磊,夏明六,徐先滿,陳由熹
(銅陵市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心,安徽銅陵244000)
摘要:分析了GCr巧沖壓模具零件在成型電阻片過程中的失效原因,并采用軟氮化工藝對其表面進(jìn)行了強(qiáng)化 采用金相顯微鏡(0M)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、顯微硬度計(jì)、氧化試驗(yàn)等表征了失效特征、氮化層組織結(jié)構(gòu)及性能等。結(jié)果表明,氧化腐蝕是導(dǎo)致模具零件過早失效的重要原因,軟氮化處理可以有效減輕模具零件表面的氧化腐蝕,延長模具零件的使用壽命 關(guān)鍵詞:沖壓模具零件;失效分析;氧化腐蝕;軟氮化
能夠在較長周期內(nèi)用于沖壓加工。然而該沖壓模具零件
收稿日期:20巧0708
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Hot Working Technology 2016,v0L45,No,18
化處理的工序?yàn)椋呵疤幚韥^預(yù)熱乛液體軟氮化乛冷卻乛清洗。其中預(yù)熱溫度為350、380 ℃;軟氮化介質(zhì)為TJ-2基鹽,鹽浴成分范圍:(1%、2巧%)CN一+ (30%、35%)CNO一;滲氮溫度為560 ℃,保溫2,5h
沖壓模具零件失效主要發(fā)生在頭部機(jī)械截取、 用丙酮溶液超聲清洗8min后,采用JSM-6360LV 掃描電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能譜儀對斷口進(jìn)行形貌觀察及成分分析。采用DM-ILM光學(xué)顯微鏡對斷口處金相組織及氮化層進(jìn)行觀察,并在 FM·700顯微硬度計(jì)進(jìn)行顯微硬度測試,測試載荷選用2.94N,加載保溫時(shí)間巧s,每組試樣在測試區(qū)域選取5個(gè)點(diǎn),以平均值表征區(qū)域硬度,并根據(jù)GB仃 11354·2005對氮化層厚度及脆性進(jìn)行評級。用氧化試驗(yàn)對軟氮化處理后模具零件的抗氧化能力進(jìn)行評定,具體試驗(yàn)方法為:將稱好的試樣放人裝有電阻片 中,并將器皿放人電阻爐中加熱到280 ℃保溫72h, 取出觀察試樣的腐蝕情況,并稱重做好記錄,最后用掃描電子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表面進(jìn)行觀察與分析
2試驗(yàn)結(jié)果
2· 1失效分析
經(jīng)常規(guī)熱處理(淬火+低溫回火)的GCr巧沖壓模具零件在使用過程中很容易失效,失效面形貌及 EDS分析如圖2所示從圖2(a)中可以看出,沖壓模具零件邊緣有輕微磨損,邊角成了圓弧狀,且表面存在較多黑色塊狀的粘著物,如箭頭所指處。采用 SEM仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn),失效面上有明顯的切削痕跡以及腐蝕坑,可見其使用效果較差。通過EDS分析可以看出,粘著物由O、Fe、Cr、Mn等元素組成,說明
加工料粉末(由Cuo、NiO MnO等組成)的鐵制器皿
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E/keV E/ kev
圖2失效面形貌及EDS分析
Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis
圖3為沖壓模具零件的金相組織圖。從圖中可以看出,該組織主要由回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體組成,這與標(biāo)準(zhǔn)的金相組織圖譜中組織一致。同時(shí)測得沖壓模具零件的顯微硬度值達(dá)到 674.I HV(表1) ,滿足GCr巧鋼經(jīng)淬火+低溫回火后 的硬度要求,說明熱處理工藝正常。
綜上所述,沖壓模具零件失效主要與模具零件表面發(fā)生氧化腐蝕有關(guān),其主要與模具零件加工工況有關(guān)。該模具零件用于成型電阻片時(shí),而電阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化物組成,在加工過
圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮化處理
Fig.3 Microstructure Of the sample
表1模具零件的顯微硬度(HV) 為了提高沖壓模具零件表面的抗氧化能力,采
Tab.1 Microhardness of the die part (HV) 用液體軟氮化對其表面進(jìn)行處理。圖4為氮化層與
程中,模具零件周圍會產(chǎn)生大量的熱量,導(dǎo)致溫度升高,此時(shí)模具零件表面的Fe將與氧化物反應(yīng)形成 Fe氧化物,而GCr巧鋼中又沒有足量Cr形成具有保護(hù)性的氧化鉻膜來抑制Fe氧化物為主的氧化膜形成。因此,GCr巧沖壓模具零件在長時(shí)間成型電阻時(shí),將不斷發(fā)生氧化腐蝕,最終導(dǎo)致模具零件失效。
測量次數(shù) 平均值
1 2 3 4 5
685.6 675.7 667、5 669.1 672、7 674.1
基體組織圖。從圖4(a)中可以看出,經(jīng)液體軟氮化后,模具零件表面形成一層均勻的白亮層,厚度約 20 m;圖4(b)顯示軟氮化后模具零件基體中回火馬
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《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期
a氮化層
50 m 50 m
圖從圖中可看出,硬度隨距氮化層邊緣的距離先降低后趨于平穩(wěn),基體的顯微硬度約473 · 8HV根據(jù) GB/T11354·2005標(biāo)準(zhǔn)評判,滲氮層深度約170 m 發(fā)現(xiàn)基體的顯微硬度較淬火+低溫回火后模具零件的硬度有所降低,這與氮化過程中回火馬氏體減少有關(guān)。
圖4氮化層與基體組織圖
Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate
氏體減少,析出較多的粒狀碳化物,這是由于軟氮化溫度在560 ℃,相當(dāng)于高溫回火,導(dǎo)致回火馬氏體溶解形成粒狀碳化物。氮化層除了白亮層外,還包括擴(kuò)散層,擴(kuò)散層在光學(xué)顯微鏡下不易觀察,氮化層深度需要采用硬度法確定。
圖5為顯微硬度與沿表面垂直距離的變化曲線 2·3抗氧化腐蝕性能
表2為未處理樣品與軟氮化后樣品的氧化腐蝕試驗(yàn)結(jié)果從表中可以看出,未處理的模具零件在氧化72h后,樣品增重14,8m以m,而經(jīng)軟氮化處理后,樣品僅增重1.3m cm2,說明軟氮化處理明顯改善了模具零件的抗氧化腐蝕能力。
表2氧化腐蝕試驗(yàn)結(jié)果
Tab.2 The results of oxidation corrosion test
樣品 未處理 軟氮化后
樣品增重/(mg•cm3 14.8
0 50 100 150 200 250 300 350
沿表面垂直距離/pm 處理能夠減緩模具零件在加工過程中的氧化腐蝕
圖5顯微硬度與沿表面垂直距離的變化曲線
Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗氧化腐蝕性能的提高與其表面形成的氮
vertical distance along the surface 化層有關(guān),氮化層中8相具有較強(qiáng)的抗氧化性和耐
圖6為未處理樣品與軟氮化后樣品的氧化腐蝕形貌及EDS結(jié)果。由圖可知,未處理的樣品表面氧化腐蝕嚴(yán)重,腐蝕產(chǎn)物主要由O、Fe、Cr Mn等元素組成,與失效樣品檢測結(jié)果一致。軟氮化處理后的樣品的表面僅發(fā)生輕微氧化腐蝕,進(jìn)一步說明軟氮化
Ni
氮處理,一
2 m
5叫
t 巳
Si
Al Cr
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 E/keV E/keV
圖6樣品氧化腐蝕形貌及EDS結(jié)果
蝕性,能夠阻礙氧向基體傳遞,從而延緩了氧化腐蝕速度。 力大大增強(qiáng)
參考文獻(xiàn):
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pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for
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Fig.6 Oxidation corrosron morphologies Of the sample and EDS results
(3)軟氮化處理后的模具零件的抗氧化腐蝕能 [4] 液丁壓海,,2014沖壓,42模(4具):零120件· 失124效.分析及壽命的提高措施[J].機(jī)床與
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October 26, 2016
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