|
陶瓷模具是加工生產(chǎn)建筑陶瓷制品的重要成形模具，模具材料為Cr12MoY鋼，陶瓷材料為高鋁粘土。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，Cr12MoV鋼陶瓷模具生產(chǎn)加工中易出現(xiàn)非正常早期開裂失效，并伴有嚴重腐蝕現(xiàn)象，該模具失效常在春季發(fā)生。為此，對失效模具進行了檢驗分析，證實陶瓷模具斷裂失效為腐蝕疲勞斷裂失效，并提出了預(yù)防對策措施，防止陶瓷模具腐蝕斷裂破壞事故再次發(fā)生。Cr12MoV鋼陶瓷模具超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理工藝為：840℃預(yù)熱，1020℃加熱淬油冷卻，230℃三次回火；采用熱處理。模具超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備加熱處理后硬度為58-59HRC，硬度合格。
失效模具斷口呈灰黑色，中部有一亮點，亮點附近有明顯腐蝕斑跡。在凸模運動終點部位，模壁表面腐蝕坑密密麻麻清晰可見。斷口邊緣處光亮點位于凸模運動終止點蝕坑嚴重區(qū)域處。金相檢相檢驗表明，組織為回火馬氏體+碳化物。碳化物細小，呈帶狀分布，硬度為58-59HRC，金相組織和超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理工藝均合格。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)在亮點處疲勞輝紋明顯可見，由韌窩、二次裂紋、腐蝕坑及腐蝕產(chǎn)物組成。經(jīng)能譜分析，該區(qū)域Si、Al、Ca含量較高。裂紋擴展區(qū)斷口形貌可以看出清晰的泥塊花樣、韌窩和二次裂紋，并有腐蝕產(chǎn)物。能譜分析可知，該處所含元素基本一致，腐蝕產(chǎn)物成分與陶粘土成分密切相關(guān)。
由上述裂紋處斷口宏觀和微觀檢驗分析可知，模具斷口形貌具有疲勞斷裂特征，同時具有腐蝕斷裂特征。分析認為，超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理后的模具的開裂破壞為腐蝕疲勞失效。疲勞裂紋源位于模腔內(nèi)角，凸模運動止點處，該處有明顯的疲勞輝紋。潮濕的陶瓷粘土對模具造成腐蝕作用，而南方春節(jié)是多雨潮濕季節(jié)，故腐蝕破壞較為嚴重，模具型腔內(nèi)出現(xiàn)許多蝕坑。有資料表明，低頻率的疲勞應(yīng)力加速腐蝕斷裂進程，而陶瓷模具的腐蝕疲勞作用正是在低頻率工作狀態(tài)進行的。分析認為，模具型腔內(nèi)角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因而疲勞裂紋源首先在模腔內(nèi)角部位產(chǎn)生。模具工作時，承受周期式張力作用，使模具在交變應(yīng)力下產(chǎn)生疲勞，在凸模運動終止處出現(xiàn)應(yīng)力較大值；而該處腐蝕坑成為腐蝕疲勞裂紋源。同時，在疲勞裂紋中腐蝕產(chǎn)物體積比金屬體積大，產(chǎn)生脹大楔入作用，增大裂尖處張力而加快裂紋擴展，終在低周交變應(yīng)力下導(dǎo)致模具產(chǎn)生腐蝕疲勞斷裂失效。
為防止陶瓷模具發(fā)生腐蝕疲勞斷裂破壞，提出改進超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理方法如下：(1)陶瓷模具進行滲氮處理，提高模具的耐腐蝕疲勞性能，同時提高模具表面硬度、強度及耐磨性能，有利于明顯延長模具工作壽命。(2)生產(chǎn)中，清洗模具改水洗清洗為高壓氣洗清洗，防止殘水遺留模具表面出現(xiàn)腐蝕，避免模具工作時潮濕環(huán)境及介質(zhì)接觸，防止腐蝕缺陷破壞發(fā)生。
|