3Cr3Mo3VNb钢热锻模失效的特征分析及提高模具使用寿命的措施.docx
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1、3Cr3Mo3 VNb 钢热锻模失效的特征分析及提高模具使用寿命的措施何文超中铁宝桥股份有限公司摘 要 :通过对模具早期失效的特征分析 ,找出影响模具使用寿命的主要因素 ,并在设计 、机械加工 、热处理及 使用过程中采取相应预防措施 ,提高模具使用寿命 ,达到降低成本 、提高产品质量和获得良好经济效益的目的 。关键词 :3Cr3Mo3VNb , 特征 , 热作模具钢 , 疲劳 , 失效 , 热处理Eff icacy Lose Analysis of 3 Cr3Mo3 VNb Steel Mold and Mea sure ofIncrea sing Molding Service L ifeH
2、e WenchaoAbstract : Analyzing the characteristic efficacy of the molding tools in earlier period , the factor of the main influence to mold2 ing tools service life is found , and the prevention in design , machining , heat treatment and application to increase molding service life is adopted. The co
3、st is reduced and the product quality with good and economic performance is increased.Key words :3Cr3Mo3VNb , characteristic , hot molding tool steel , fatigue , efficacy lose , heat treatment最低 ,因此其韧性 、塑性和抗冷热疲劳性比其它钢种高 (见表 2) ;(4) 它抗 650 ( 工作温度) 回火稳定性好 ( 见表3) ,虽然该钢经热处理后在常温下的硬度并不高 ,但 它在使用状态下的热强度却保持很好
4、 ,这与其 Cr32Mo32V2Nb 的合金化组分是分不开的 。据试验统 计 , 工 作 温 度 650 时 其 有 效 工 作 可 达 5 小时 40 分钟 ,模具表面硬度值为原始状态下的79 % ,而 H13 钢为 70 % ,5CrMnMo 为 55 % ,这说明了3Cr3Mo3VNb 钢在 650 工作温度下可持续工作较长 时间 , 模具不会因表面过早软化而失效 。但是 , 由3Cr3Mo3VNb 钢制作的锻模模具 ,特别是断面形状复 杂 、形状差异很大的模具在热处理后和使用过程中常常发生不正常的断裂 、龟裂 ,导致模具早期失效 , 严重影响工厂的生产和经济效益 。我们公司是生产 铁路
5、道岔等产品的国有大型股份制企业 ,在道岔生 产中 ,需将矮型特种断面钢轨 ( 俗称在轨) 锻制成标 准截面钢轨 ,用于和普通标准钢轨接合 。我们采用3Cr3Mo3VNb 钢做热锻模压制钢轨 ,在实际生产中 ,经常在压制 400 根左右便发生龟裂 、断裂 、压塌等现 象 ,导致模具早期失效 ,使生产比较被动 。1引言3Cr3Mo3VNb 钢是由安大航空锻造厂 、北京航空 材料研究所和西北工业大学在 70 年代末共同研制成 功的一种新型热作模具钢 ,曾获国家国防工业重大技 术进步二等奖 。其化学成分和机械性能见表 1 。表 1 3Cr3Mo3 VNb 钢的化学成分( %)3Cr3Mo3VNb 钢的
6、化学成份与我国常用的热作模具 钢 3Cr2W8V 、4Cr5MoSiV1 ( 简 称 H13) 、5CrMnMo相比 ,具有以下独特的特点 :(1 ) 它 属 于 Cr32Mo32V 型 热 强 钢 , Mo 含 量 是4Cr5MoSiV1 平均 Mo 含量的 2 倍 ;(2) 4Cr5MoSiV1 、3Cr2W8V 等钢中不含 Nb ,Nb 在3Cr3Mo3VNb 钢中与碳形成稳定性很高的 NbC 化合 物 ,Nb 有抑制奥氏体晶粒长大 、细化晶粒的作用 ,并 能显著提高钢的热强性 ,有助于提高基体的韧性 ;( 3) 其含碳量在国标所列的所有热作模具钢中收稿日期 :2003 年 6 月2 杨
7、坤怡等 . 加工等螺旋角刀具槽形用凸轮廓形的简易作图设计法 . 工具技术 ,1998 (5)作者 : 张敬东 ,讲师 ,攀枝花学院机电工程系 ,617000 四 川省攀枝花市造确带来了极大的方便 。参考文献1 北京煤炭机械厂工人大学编 . 等螺旋角锥度棒铣刀 . 煤炭工业出版社 ,1977CCrMoVNb0124013021603120217031000160018001080115SiMnPS0160013501030103312004 年第 38 卷 2表 2 三种材料的冷热疲劳性能对比不断扩展 ,最终导致模具断裂 ( 见图 2) 。模具断裂失效与模具设计 、材质的选用 、机加工工艺 、热
8、处理 工艺 、模具的安装使用及日常维护等有关 。此外 ,钢中碳和合金元素的严重偏析和亚稳定共晶碳化物的 存在 ,使最终热处理后的钢材组织分布不均匀 ,从而 导致附加热处理应力的产生 ,这也是促使模具淬火 开裂或在使用中早期脆性开裂的重要原因 。表 3 三种材料抗 650 回火稳定性对比2失效的特征分析211热疲劳失效热疲劳磨损主要是模具与红热钢轨的金属坯料 之间得不到有效润滑 ,加之红坯料的氧化物变成磨 料 ,导致表层因温度升高而软化 ,从而加剧了模具和 金属坯料之间的磨损 ,在金属流动最剧烈的部位 ,在摩擦力的作用下产生磨损 ,沿着金属坯料塑性流动 的方向形成无数凸凹不平的沟痕 ,并逐渐扩展
9、为沟 槽 。在频繁的锻造冲击力作用下 ,形成应力集中 ,逐 渐形成裂纹源 ,裂纹继续生长扩展 ,最后导致模具开 裂和疲劳失效 (见图 1) 。图 2213压塌锻模在使用过程中锻打热强性高的毛坯时 ,表 层因与高温金属接触而温度反复升高 ,造成局部软化 ,硬度降低 ,抗压强度不足 ,在压应力的作用下 ,与 高温金属接触部位逐渐变形下陷 ,从而被压塌或压 堆 ,使被加工的工件尺寸超差 ,同时导致模具失效 , 见图 3 。图 33控制模具 失 效 与 提 高 使 用 寿 命 的 措施图 1温度应力也是导致热疲劳失效的一个重要因 素 。当模具刚开始使用时 ,与高温工件接触的模具 表面温度突然升高 ,体
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