6542 高速钢冲头中失效分析检测方案(离子溅射仪)

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6542高速钢冲头失效分析 试样名称 沉头十字冲头 试样规格 04FJ9 试样编号 海盐永固件 试样材质 W6Mo5Cr4V2 仪器型号 XJL-03 型 热处理状态 回火 腐蚀方法 硝酸酒精溶液侵蚀 抛光方法 机械抛光 执行标准 JB/T7713-95 合金钢制冷作模具显微组织检验 来样情况： 来样为客户所送外来件沉头十字冲头，因使用中经常发生十字头部位崩裂现象，送样要求进行金相检验分析。注：来样为一未使用新件，钢印号为04FJ9。 检验情况： 来样取样后，经镶嵌、磨抛、侵蚀后，置显微镜下观察检验，检检情况如下： 1、横向剖面视场下，试样边缘表面覆盖--白色膜层，白色膜层厚度约为 0.046mm，白膜与基体结合处马氏体针长度 0.0125mm， 为3.5级马氏体。该层白色膜应为热处理后形成的高含氮量的碳氮化合物，其物理性能具脆性倾向，而且在其与基体组织接合部位往往形成偏粗大组织，降低组织间的结合强度，由该部位引发的表层开裂失效情况并不少见，图二照片所示即为其它工件在表面白色碳氮化合物部位出现的脆性裂纹。(见图一、图二) 2、、纵向剖面视场下，于十字头顶部偏一侧部位，显微镜下清楚地显示出带状组织偏析形貌，白色条带为富集碳化物偏析区域。该区域在淬火过程中，奥氏体中碳化物以及合金元素固溶量明显得到增加，奥氏体稳定化程度升高，回火时易出现抗回火现象，从图三显微照片中十分清晰地观察到此现象。组织中的条带状偏析缺陷，造成钢中的成分不均匀，淬火时局部出现过热，加大残余应力，降低钢的塑性、韧性和耐磨性，使用中易出现应力开裂破坏。图六照片即为其他厂冲头产品因带状组织引起的脆性开裂。图五照片为图三照片的局部高倍放大。(见图三、图四、图五、图六) 3、十字头紧贴顶部边缘存在个别大块状碳化物，级别3.5级，大块状碳化物的存在，割裂了基体组织的连续性，并且在服役中，尤其是当大块状碳化物形状呈非圆钝而存在尖角形貌时，更易在大块状碳化物周围形成应力集中，引发开裂和脆性剥落。(图七) 4、显微镜下，横向试样面上，多处观察到由于偏析而引起的局部回火欠均匀和充足的斑块状组织区域。(图八、图九) 5、心部组织为回火隐针马氏体+少量残余奥氏体+细小粒状碳化物，，个碳化物分布属弥散型，碳化物形貌基本圆钝，大小以1级为主。组织回火呈现均匀，回火程度呈现充充形貌。(图十) 来样实际晶粒度评定，边缘9.5级，心部为10级，实测硬度为64.5~65 HRC。附照片图： 图一 图二 图三 图四 图五 图六 图七 图八 图九 图十 分析讨论与意见： 根据以上检验结果进行综合分析，该 W6Mo5Cr4V2高速钢冲头，在服役过程中，经常发生十字头部位崩裂现象，其主要原因为： 1、组织存在较严重的条带状偏析缺陷，造成钢中的成分不均匀度增加，影响钢的热 加工质量，热处理时易局部过热，组织过热后残留奥氏体量增加，导致内部组织残余应力加大，增大畸变开裂倾向，同时引起回火不足，降低钢的红硬性。尤其钢中碳化物分布不均匀，热加工后形成带状组织，造成力学性能的各向异性，降低钢的塑性、韧性和耐磨性，使用时易出现应力开裂破坏，生产中，对于严重的带状偏析，采用正火工艺进行改善，正火时适当加快正火冷却速度，可减轻带状组织。 2、来样局部部位，尤其是在十字头部贴近表面区域存在个别大块状碳化物，粗大的碳化物使钢变得很脆，容易引起淬火开裂，也使钢材的耐磨性和接触疲劳性能下降，服役过程中，工件表面受到很高的接触冲击应力，脆性块状碳化物因无塑性，与基体交界处引起高度应力集中，并沿碳化物产生沿晶裂纹而引发开裂形成块状崩落，模具钢材料对碳化物的要求很高，要求碳化物分布要均匀，形状要细小圆钝，细小的碳化物比粗大的碳化物，其服役寿命要高出许多。 3、局部组织因带状组织影响而出现回火欠充分现象，组织回火不充分，形成组织残余内应力增高，使材料脆性倾向以及脆性敏感性加大，当加载外应力作用时，由于有较高内部残余应力的配合，应力叠加积聚至临界点后必然将引起组织应力裂纹，出现应力型脆性损坏。 4、来样实际硬度值经测定为 HRC 64.5~65， 通常认为硬则脆，脆则必然韧性下降，对含有冲击性载荷条件下服役的材料，尤其当其冲击对象为强韧度性能相对较好的不锈钢材料时，对所用工件就不仅要求有硬度，更应强调产品工件的韧度了，有时为了适配合宜的韧度，适当牺牲一些硬度也是必要的，但也不能将硬度调的过软，硬则强，软却不一定韧，这里面有一个度，需视实际情况而有别。 5、通常高速钢的淬火温度较高，对于 W6Mo5Cr4V2 钢种的一般选择采用1200~1230℃温度段进行淬火，淬火后的硬度值可以达到64~67 HRC。由于淬火温度较高，淬火晶粒度往往偏粗大，限制了材料韧性的提高。多年前在《理化检验》专业刊物上曾有刊登论文，提到试验中高碳钢采用略低于正常温度淬火后，其韧性要比正常温度淬火下的高，其理论为高碳钢采用较低温度或短时间保温后淬火，目的是使碳化物溶于奥氏体中的量减少，从而降低奥氏体中碳和合金元素含量以便获得细小的奥氏体晶粒，则有利于获得较多数量的细密隐针马氏体，从而改变淬火后的组织形态和机械性能。在保证强度、硬度的前提下，韧性将明显提高。W6Mo5Cr4V2 高速钢经1100~1150℃(低于常规温度1230℃约100℃)淬火后，使淬火马氏体的含量和奥氏体量得到控制，据说用这种工艺生产的标准件冷冲模的寿命可提高2~3倍。规模生产中是否可行，需实践后论证。 来样为客户所送外来件沉头十字冲头，因使用中经常发生十字头部位崩裂现象，送样要求进行金相检验分析。注：来样为一未使用新件，钢印号为 04FJ9。