A análise de falha do molde de fundição sob pressão de aço H13
Usando microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura, testador de dureza, máquina de teste de impacto, etc., as primeiras causas de falha da matriz de fundição de aço H13 para formação de liga de alumínio foram analisadas. Os resultados mostram que o modo de falha do molde é a fratura frágil em geral. A principal razão é que existem defeitos estruturais mais sérios, como segregação de bandas, inclusões não metálicas e carboneto líquido no aço do molde. Ao mesmo tempo, o processo de tratamento térmico não é razoável; Trincas não metálicas são formadas em torno de inclusões e carbonetos liquefeitos sob a ação de tensões térmicas e forças mecânicas. A segregação de bandas e o processo de tratamento térmico irracional reduzem a resistência ao impacto do molde, fazem com que as rachaduras se propaguem rapidamente e, por fim, levam à falha prematura do molde.
O aço H13 é atualmente o aço para moldes para trabalho a quente mais utilizado. Devido à sua resistência e dureza a altas temperaturas, tem boa tenacidade, desempenho de fadiga térmica e certa resistência ao desgaste em condições de média temperatura, e pode resistir à corrosão de metal fundido. , Freqüentemente usado para fazer moldes de fundição sob pressão.
Durante o uso, o molde de fundição deve resistir ao impacto e à compressão do metal fundido em alta temperatura e também à tensão de tração gerada pela compressão do metal fundido durante a desmoldagem. A situação de tensão é mais complicada e o processo de uso é frequentemente devido a rachaduras térmicas e falha geral devido a fratura frágil, corrosão ou erosão.
Existem muitos fatores que causam a falha do molde de fundição. É difícil determinar corretamente a causa da falha. Além disso, a qualidade do aço H13 produzido por fabricantes nacionais é irregular e o processo de tratamento térmico não é razoável. Isso traz muito para a análise de falhas de matrizes de fundição sob pressão. difícil.
Uma planta metalúrgica usava moldes de fundição sob pressão de liga de alumínio feitos de aço H13, e apenas produziu experimentalmente mais de 100 produtos. O molde foi quebrado por completo após o tempo de uso ser inferior a um dia, o que ocasionou alguns prejuízos econômicos à planta. A fim de encontrar o motivo da falha da matriz de fundição de aço H13, o autor realizou
Analises falhas.
Defeitos Organizacionais
Existem defeitos de segregação de banda óbvios na estrutura recozida do aço em bruto. A segregação de banda é um tipo de segregação da composição química. Quando o lingote de aço é forjado e laminado, a segregação dendrítica formada durante o processo de solidificação é laminada e alongada para formar uma zona de segregação. Durante o recozimento, o carboneto precipita ao longo da zona de segregação para formar uma banda com diferentes graus de densidade. Segregação. A segregação de banda é o indicador mais simples e importante para medir o grau de segregação do aço H13. Pode refletir a segregação de elementos de liga e dendritos na estrutura do lingote de aço e se o processo de trabalho a quente é apropriado. Ele tem um impacto significativo na tenacidade ao impacto transversal do aço. Portanto, a norma NADCA # 2007-2003 estipula claramente o nível aceitável de estrutura recozida e segregação de banda de aço H13. A segregação de bandas tem uma grande influência na estrutura e nas propriedades após a têmpera. Após a têmpera, a estrutura da martensita de baixo teor de carbono é formada na zona pobre em carbono e a estrutura da martensita criptônica de alto carbono é formada na zona rica em carbono, que é finalmente herdada. Estado temperado. A segregação da banda do aço da matriz avariada é séria e a estrutura é muito irregular, o que afeta seriamente a tenacidade transversal da matriz.
Inclusões não metálicas e carbonetos liquefeitos na zona de segregação. Estudos apontam que o reaquecimento e a difusão do lingote podem reduzir a segregação do elemento, mas para o aço H13, a segregação é difícil de eliminar completamente, e uma vez que aparece na zona de segregação Um grande número de inclusões não metálicas e carbonetos liquefeitos irá reduzir ainda mais a resistência ao impacto transversal do aço. Essa também é uma base importante para distinguir se o nível de segregação de banda está qualificado ou não no NADCA # 2007-2003. De acordo com os resultados do teste, a pureza do aço da matriz é baixa e a zona de segregação contém um grande número de inclusões não metálicas. Dentre eles, as inclusões de grandes partículas de DS Al 2 O 3 atingiram o nível 2.0, o que prejudica seriamente a continuidade da matriz. , Sob a ação de forças externas, as fissuras são facilmente formadas. A resistência do aço diminui com o aumento do número de inclusões, e quanto maior o tamanho das inclusões, maior o impacto na tenacidade. Os carbonetos liquefeitos são blocos grosseiros e contínuos no lingote de aço H13, que são quebrados após o forjamento e distribuídos em correntes ao longo da direção do forjamento. O processo de tratamento térmico convencional basicamente não tem efeito sobre a distribuição e morfologia dos carbonetos liquefeitos. Portanto, a distribuição em cadeia dos carbonetos liquefeitos ainda pode ser vista na área em forma de correia da estrutura temperada. Semelhante às inclusões, os carbonetos liquefeitos podem aumentar a fragilidade do aço devido à sua própria fratura ou separação da interface da matriz. Além disso, carbonetos semelhantes a cadeias com ângulos agudos locais podem facilmente causar concentração de tensão e microfissuras. A distribuição concentrada de inclusões não metálicas e carbonetos liquefeitos, por um lado, afeta seriamente a tenacidade transversal do aço e, por outro lado, é fácil formar fontes de trinca durante o uso.
A dureza do molde é muito alta
Pode-se ver nos resultados do teste de dureza que a dureza do molde com falha é maior do que a faixa de dureza recomendada de NADCA # 2007-2003, e a distribuição é desigual. De acordo com a curva de têmpera e têmpera do aço H13, pode ser visto que a temperatura de têmpera excessivamente alta ou baixa temperatura de têmpera pode fazer com que a dureza do aço H13 seja mais alta, e têmpera insuficiente pode causar distribuição desigual da dureza do molde. O molde pode ter alta dureza após têmpera e revenido devido à operação inadequada ou controle de temperatura do forno durante o processo de tratamento térmico, o que afeta ainda mais a tenacidade ao impacto do molde e, finalmente, torna a microestrutura em um estado instável e excessiva tensão residual interna. Grande, fácil de rachar quando a força externa atua, causando falha prematura do molde.
Processo de falha
Durante o uso, o molde de fundição deve suportar o impacto e a tensão compressiva do metal fundido em alta temperatura, bem como a tensão de tração gerada pela compressão do metal fundido durante a desmoldagem, e o ambiente de serviço é relativamente severo. Pode-se ver nos resultados dos testes que um grande número de inclusões e carbonetos liquefeitos estão concentrados próximo à fonte de trinca na superfície. Existem diferenças na elasticidade, plasticidade e coeficiente de expansão térmica das inclusões e carbonetos liquefeitos da matriz. Quando o estresse térmico e a força mecânica são aplicados repetidamente, a concentração de estresse é facilmente formada em torno das inclusões e carbonetos liquefeitos e, eventualmente, ocorrem microfissuras. Devido à baixa tenacidade do aço da matriz, quando as microfissuras são formadas, a matriz não tem tenacidade suficiente para evitar a propagação das trincas. Quando a tensão excede sua resistência à fratura, é fácil fazer com que trincas penetrem na matriz, fazendo com que a matriz se rache e seja descartada. A partir disso, pode ser julgado que as inclusões não metálicas e carbonetos depositados em líquido no aço da matriz causaram microfissuras precoces na superfície da matriz, e a tenacidade extremamente baixa do aço da matriz fez com que as rachaduras se propagassem rapidamente, o que é uma causa importante de rachaduras na matriz.
medidas de melhoria
De acordo com a análise acima, para o aço H13 e seu processo de tratamento térmico,
As seguintes melhorias foram feitas:
- O aço H13 adota o processo de refusão por eletroescória para melhorar a pureza do aço e reduzir o conteúdo de inclusões não metálicas; controlar a velocidade de refusão ou usar outros processos de fundição para controlar o tamanho e a quantidade de carboneto líquido.
- Por meio de recozimento por difusão em alta temperatura e forjamento multidirecional repetido com grande proporção de forjamento, a segregação da banda é melhorada e o carboneto líquido é reduzido.
- Os parâmetros do processo de tratamento térmico do molde devem ser estritamente controlados para garantir que a dureza geral do molde esteja dentro da faixa especificada.
Discussão de nó
- A fratura do molde é uma fratura frágil. A razão é que há uma segregação de banda relativamente séria na microestrutura do aço da matriz, e há mais inclusões não metálicas e carbonetos líquidos na zona de segregação, mais nenhum processo de tratamento térmico razoável faz com que a dureza geral do molde seja mais alto. O efeito combinado desses fatores resulta na resistência ao impacto extremamente baixa do molde.
- As inclusões não metálicas no aço da matriz e nas proximidades do carboneto líquido são fáceis de formar microfissuras iniciais, e a tenacidade extremamente baixa do aço da matriz faz com que as rachaduras se propaguem rapidamente e, finalmente, a matriz geral é quebrada.
- Na produção futura, a fábrica selecionou aço de matriz H13 de alta qualidade e controlou estritamente os parâmetros do processo de tratamento térmico. A vida útil da matriz melhorou significativamente. Nenhuma grande fissura foi vista após a fundição sob pressão de 10 peças.
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