材料失效分析案例分析..15页PPT

结论
汽车曲轴热锻模具所用H13钢化学成分与标准中规定的合 金元素含量相比，其裂纹源附近的V含量偏低，而Si含量偏 高。无论是锻后退火态，或者是最终热处理态的模具钢中都 存在带状组织和块状组织，表明该模具钢中的化学成分和显 微组织不均匀，致使模具的力学性能尤其是冲击韧度降低， 是造成模具早期失效的主要原因。
S 0.005 0.013 ≤ 0. 03
与标准规定的化学成分相比，模具的化学成分中V 含量低于 标准含量的下限成分，而Si含量处于标准含量的上限。
②硬度检测
测量部位 裂纹附近 模具芯部 模具表面 平均值
硬度值/HRC 45
45.5
45.5
45.5
由表可得，模具钢各部位的硬度基本均匀一致。
取部分失效模具试样进行冲击试验，不同试样的平均冲击韧度αKV 仅为4. 76 J /cm2，远低于常规H13 钢在室温时冲击韧度( 一般应达到 25 ～35 J /cm2 )
试样编号 冲击韧度值( J/cm2 )
1
2
3
4
5 平均值
5.05 3.75
5
4.75 5.25 4.76
③断口宏观形貌
模具的断裂失效部位形貌如图所示。 模具型腔未发现热磨损痕迹，没有明显 塑性变形发生，未发现龟裂，也未发现 加工刀痕的痕迹，失效模具呈现两条相 交的宏观裂纹，呈“T”字型，其中一 条横向贯穿模具。根据裂纹的位置和方 向，可以判断横穿整个模具的较长的一 条裂纹最先形成，阻止了较短一条裂纹 向前扩展，故较长的为主裂纹，较短的 为次裂纹。Cຫໍສະໝຸດ Si Mn Cr Mo V
P
0.412 1.13 0.371 4.77 1.54 0.791 0.025
0.483 1.21 0.365 4.75 1.5 0.452 0.025
0.32~0.45 0.80~1.20 0.20~0.50 4.75~5.50 1.10~1.75 0.80~1.20 ≤0.03
由失效模具微观形貌可知，该模具钢的锻后退火态存在大 块不均匀组织，可以推断，这是由于模具钢的锻造及预备热 处理( 球化退火) 不良所致，这也是造成该模具失效的最重要 原因。
该失效模具宏观上以劈裂的形式断开，断口呈现明显的人 字条纹及放射线花样，表明裂纹的扩展是不稳定的、快速的; 微观上可见解理台阶和解理扇形花样，具有解理断裂的典型 特征。由此判断其失效形式为脆性断裂，失效机制为解理断 裂。
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背景 检验内容及结果
讨论 结论
背景
检验内容
①原材料化学成分 ②硬度测定 ③断口形貌
1)宏观检查 2)微观检查 ④显微组织分析
①原材料化学成分
从模具的裂纹源附近提取样品，用碳硫分析仪及等离子体光 谱仪进行模具材料的化学成分分析，结果如下：
测量位置 模具基体 裂纹附近 标准值（GB/T 1299—2000)
断口微观形貌
从图中解理台阶及解理扇形花样可以判断该失效模具钢的 断裂机制为解理断裂。
④失效模具微观形貌
对失效模具切割、取样，进行金相制样，用4%硝酸酒精 腐蚀后观察其显微组织如图，从图中可看出失效模具钢中存 在块状的不均匀组织。
a) 纵截面 b) 横截面
讨论
从合金元素的分析结果来看，H13模具钢中Si含量偏高而 V含量偏低。由于汽车曲轴的锻造过程中，模具温度可能远 超过500 ℃，过高的Si含量将促进回火过程中晶间碳化物粗 化，恶化钢的抗热疲劳性能。因此，这是造成H13模具早期 失效的重要原因之一。