Die Schadensanalyse der H13-Stahl-Druckgussform

Unter Verwendung eines Lichtmikroskops, eines Rasterelektronenmikroskops, eines Härteprüfers, einer Schlagprüfmaschine usw. wurden die frühen Ausfallursachen von H13-Stahl-Druckgusswerkzeugen für die Umformung von Aluminiumlegierungen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Versagensmodus der Form insgesamt ein Sprödbruch ist. Der Hauptgrund sind schwerwiegendere Strukturfehler wie Bandseigerungen, nichtmetallische Einschlüsse und flüssiges Karbid im Formstahl. Gleichzeitig ist der Wärmebehandlungsprozess unangemessen; Nichtmetallische Risse bilden sich um Einschlüsse und verflüssigte Karbide unter der Einwirkung von thermischer Belastung und mechanischer Kraft. Bandentmischungen und unangemessene Wärmebehandlungsverfahren verringern die Schlagzähigkeit der Form, führen zu einer schnellen Rissausbreitung und führen schließlich zum frühen Versagen der Form.

H13-Stahl ist derzeit der am häufigsten verwendete Warmarbeitsstahl. Aufgrund seiner hohen Hochtemperaturfestigkeit und -härte weist es eine gute Zähigkeit, thermische Ermüdungsleistung und eine gewisse Verschleißfestigkeit bei mittleren Temperaturbedingungen auf und kann der Korrosion von geschmolzenem Metall widerstehen. , Wird häufig zur Herstellung von Druckgussformen verwendet.

Während des Gebrauchs muss die Druckgussform den Schlag- und Druckbelastungen der Hochtemperatur-Metallschmelze standhalten sowie der Zugspannung, die durch die Kompression des Druckgussmetalls während der Entformung erzeugt wird. Die Belastungssituation ist komplizierter und der Verwendungsprozess ist oft auf thermische Risse und allgemeines Versagen durch Sprödbruch, Korrosion oder Erosion zurückzuführen.

Es gibt viele Faktoren, die zum Versagen von Druckgusswerkzeugen führen. Es ist schwierig, die Fehlerursache richtig zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Qualität des von inländischen Herstellern hergestellten H13-Stahls ungleichmäßig und der Wärmebehandlungsprozess ist nicht angemessen. Dies bringt viel zur Schadensanalyse von Druckgusswerkzeugen. schwierig.

Ein metallurgisches Werk verwendete Druckgussformen aus Aluminiumlegierungen aus H13-Stahl und produzierte nur versuchsweise mehr als 100 Produkte. Die Form wurde nach einer Nutzungsdauer von weniger als einem Tag vollständig aufgebrochen, was zu gewissen wirtschaftlichen Verlusten für die Anlage führte. Um die Ursache für das Versagen der H13-Stahldruckgussform zu finden, führte der Autor
Fehleranalyse.

Organisatorische Mängel

Es gibt offensichtliche Bandseigerungsdefekte in der geglühten Struktur von Gesenkrohlingstahl. Die Bandentrennung ist eine Art der Trennung der chemischen Zusammensetzung. Wenn der Stahlbarren geschmiedet und gewalzt wird, wird die während des Erstarrungsprozesses gebildete dendritische Seigerung gewalzt und gedehnt, um eine Seigerungszone zu bilden. Während des Glühens scheidet sich das Karbid entlang der Seigerungszone aus, um ein Band mit unterschiedlichen Dichtegraden zu bilden. Abgrenzung. Die Bandentmischung ist der einfachste und wichtigste Indikator, um den Entmischungsgrad von H13-Stahl zu messen. Es kann die Seigerung von Legierungselementen und Dendriten in der Stahlblockstruktur widerspiegeln und die Eignung des Warmumformprozesses widerspiegeln. Sie hat einen wesentlichen Einfluss auf die Querschlagzähigkeit des Stahls. Daher legt die Norm NADCA#2007-2003 eindeutig das akzeptable Niveau der geglühten Struktur und der Bandseigerung von H13-Stahl fest. Die Bandseigerung hat einen großen Einfluss auf das Gefüge und die Eigenschaften nach dem Abschrecken. Nach dem Abschrecken wird die kohlenstoffarme Martensitstruktur in der kohlenstoffarmen Zone und die kohlenstoffreiche Krypton-Martensitstruktur in der kohlenstoffreichen Zone gebildet, die schließlich vererbt wird. Temperierter Zustand. Die Bandseigerung des ausgefallenen Gesenkstahls ist schwerwiegend und die Struktur ist sehr ungleichmäßig, was die Querzähigkeit des Gesenks ernsthaft beeinträchtigt.

Nichtmetallische Einschlüsse und verflüssigte Karbide in der Seigerungszone. Studien haben gezeigt, dass die Wiedererwärmung und Diffusion des Barrens die Elementabscheidung verringern kann, aber bei H13-Stahl ist die Abscheidung schwer vollständig zu beseitigen, und sobald sie in der Abscheidungszone auftritt Eine große Anzahl nichtmetallischer Einschlüsse und verflüssigter Karbide wird die Querschlagzähigkeit des Stahls weiter verringern. Dies ist auch eine wichtige Grundlage für die Unterscheidung, ob die Bandtrennungsstufe in NADCA#2007-2003 qualifiziert ist oder nicht. Den Testergebnissen zufolge ist die Reinheit des Gesenkstahls gering und die Seigerungszone enthält viele nichtmetallische Einschlüsse. Unter diesen haben die großen DS Al 2 O 3 -Partikeleinschlüsse das Niveau von 2.0 erreicht, was die Kontinuität der Matrix ernsthaft schädigt. , Unter Einwirkung von äußerer Kraft bilden sich leicht Risse. Die Festigkeit von Stahl nimmt mit zunehmender Anzahl von Einschlüssen ab, und je größer die Einschlüsse sind, desto größer ist der Einfluss auf die Zähigkeit. Die verflüssigten Karbide sind grobe und kontinuierliche Blöcke im H13-Stahlbarren, die nach dem Schmieden gebrochen und entlang der Schmiederichtung in Ketten verteilt werden. Das konventionelle Wärmebehandlungsverfahren hat grundsätzlich keinen Einfluss auf die Verteilung und Morphologie der verflüssigten Karbide. Daher ist im bandförmigen Bereich des temperierten Gefüges noch die kettenförmige Verteilung der verflüssigten Karbide zu erkennen. Ähnlich wie Einschlüsse können verflüssigte Karbide die Sprödigkeit von Stahl durch eigenen Bruch oder Ablösung von der Grenzfläche der Matrix erhöhen. Außerdem können örtlich scharfkantige kettenartige Karbide leicht Spannungskonzentrationen und Mikrorisse verursachen. Die konzentrierte Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen und verflüssigten Karbiden beeinflusst einerseits die Querzähigkeit von Stahl stark, andererseits können im Gebrauch leicht Rissquellen gebildet werden.

Formhärte ist zu hoch

Aus den Härtetestergebnissen ist ersichtlich, dass die Härte der ausgefallenen Form höher als der empfohlene Härtebereich von NADCA#2007-2003 ist und die Verteilung ungleichmäßig ist. Aus der Abschreck- und Anlasskurve von H13-Stahl ist ersichtlich, dass eine zu hohe Abschrecktemperatur oder eine niedrige Anlasstemperatur dazu führen kann, dass die Härte von H13-Stahl höher ist und ein unzureichendes Anlassen zu einer ungleichmäßigen Härteverteilung der Form führen kann. Die Form kann nach dem Abschrecken und Anlassen aufgrund eines unsachgemäßen Betriebs oder einer Ofentemperatursteuerung während des Wärmebehandlungsprozesses eine hohe Härte aufweisen, was die Schlagzähigkeit der Form weiter beeinflusst und schließlich die Mikrostruktur in einen instabilen Zustand und übermäßige innere Eigenspannungen bringt. Groß, leicht zu knacken bei äußerer Krafteinwirkung, was zu einem frühen Versagen der Form führt.

Fehlerprozess

Während des Gebrauchs muss die Druckgussform den Stoß- und Druckbelastungen der Hochtemperatur-Metallschmelze sowie der Zugspannung, die durch die Kompression des Druckgussmetalls während des Entformens erzeugt wird, standhalten, und die Betriebsumgebung ist relativ rau. Aus den Versuchsergebnissen ist ersichtlich, dass sich eine Vielzahl von Einschlüssen und verflüssigten Karbiden in der Nähe der Rissquelle an der Oberfläche anreichern. Es gibt Unterschiede in der Elastizität, Plastizität und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Einschlüssen und verflüssigten Karbiden aus der Matrix. Wenn thermische Spannungen und mechanische Kräfte wiederholt aufgebracht werden, bilden sich leicht Spannungskonzentrationen um die Einschlüsse und verflüssigten Karbide, und schließlich treten Mikrorisse auf. Aufgrund der geringen Zähigkeit des Matrizenstahls hat die Matrize bei der Bildung von Mikrorissen nicht genügend Zähigkeit, um eine Rissausbreitung zu verhindern. Wenn die Belastung ihre Bruchfestigkeit überschreitet, können leicht Risse in das Gesenk eindringen, wodurch das Gesenk bricht und verschrottet wird. Daraus kann geschlossen werden, dass die nichtmetallischen Einschlüsse und flüssig abgeschiedenen Karbide im Gesenkstahl frühe Mikrorisse auf der Gesenkoberfläche verursachten und die extrem geringe Zähigkeit des Gesenkstahls eine schnelle Ausbreitung der Risse verursachte, d.h eine wichtige Ursache für die Rissbildung.

Verbesserungsmaßnahmen

Nach obiger Analyse gilt für H13-Stahl und sein Wärmebehandlungsverfahren:
Folgende Verbesserungen wurden vorgenommen:

• H13-Stahl verwendet Elektroschlacke-Umschmelzverfahren, um die Reinheit des Stahls zu verbessern und den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen zu reduzieren; die Umschmelzgeschwindigkeit steuern oder andere Schmelzverfahren verwenden, um die Größe und Menge des flüssigen Karbids zu steuern.
• Durch Hochtemperatur-Diffusionsglühen und wiederholtes Mehrrichtungsschmieden mit großem Schmiedeverhältnis wird die Bandentmischung verbessert und das flüssige Karbid reduziert.
• Die Parameter des Wärmebehandlungsprozesses der Form sollten streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Gesamthärte der Form innerhalb des angegebenen Bereichs liegt.

Knoten Diskussion

• Der Bruch der Form ist Sprödbruch. Der Grund dafür ist, dass im Gefüge des Gesenkstahls eine relativ starke Bandseigerung vorhanden ist und es mehr nichtmetallische Einschlüsse und flüssige Karbide in der Entmischungszone gibt, sowie dass kein angemessener Wärmebehandlungsprozess bewirkt, dass die Gesamthärte der Form sinkt höher. Die kombinierte Wirkung dieser Faktoren führt zu der extrem geringen Schlagzähigkeit der Form.
• Die nichtmetallischen Einschlüsse im Gesenkstahl und in der Nähe des flüssigen Carbids bilden leicht frühe Mikrorisse, und die extrem geringe Zähigkeit des Gesenkstahls bewirkt, dass sich die Risse schnell ausbreiten und schließlich das gesamte Gesenk bricht.
• In der zukünftigen Produktion wählte die Fabrik hochwertigen H13-Gesenkstahl aus und kontrollierte streng die Parameter des Wärmebehandlungsprozesses. Die Standzeit der Matrize wurde deutlich verbessert. Nach dem Druckgießen von 10 000 Stück wurden keine großen Durchgangsrisse festgestellt.

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