El análisis de fallas del molde de fundición a presión de acero H13

Usando microscopio óptico, microscopio electrónico de barrido, probador de dureza, máquina de prueba de impacto, etc., se analizaron las causas tempranas de falla de la matriz de fundición a presión de acero H13 para la formación de aleaciones de aluminio. Los resultados muestran que el modo de falla del molde es una fractura quebradiza en general. La razón principal es que existen defectos estructurales más serios, como segregación de bandas, inclusiones no metálicas y carburo líquido en el acero del molde. Al mismo tiempo, el proceso de tratamiento térmico no es razonable; Las grietas no metálicas se forman alrededor de inclusiones y carburos licuados bajo la acción de la tensión térmica y la fuerza mecánica. La segregación de bandas y el proceso de tratamiento térmico irrazonable reducen la tenacidad del molde al impacto, hacen que las grietas se propaguen rápidamente y, en última instancia, conducen a la falla temprana del molde.

El acero H13 es actualmente el acero para troqueles para trabajo en caliente más utilizado. Debido a su resistencia y dureza a altas temperaturas, tiene buena tenacidad, rendimiento de fatiga térmica y cierta resistencia al desgaste en condiciones de temperatura media, y puede resistir la corrosión del metal fundido. , A menudo se utiliza para hacer moldes de fundición a presión.

Durante el uso, el molde de fundición a presión debe resistir el impacto y la tensión de compresión del metal fundido a alta temperatura, y también la tensión de tracción generada por la compresión del metal de fundición a presión durante el desmoldeo. La situación de tensión es más complicada y el proceso de uso a menudo se debe a grietas térmicas y falla general debido a fractura frágil, corrosión o erosión.

Hay muchos factores que causan fallas en la matriz de fundición a presión. Es difícil determinar correctamente la causa del fallo. Además, la calidad del acero H13 producido por los fabricantes nacionales es desigual y el proceso de tratamiento térmico no es razonable. Esto aporta mucho al análisis de fallas de la matriz de fundición a presión. difícil.

Una planta metalúrgica utilizaba moldes de fundición a presión de aleación de aluminio hechos de acero H13, y solo produjo una prueba de más de 100 productos. El molde se rompió en su totalidad después de que el tiempo de uso fuera inferior a un día, lo que provocó ciertas pérdidas económicas a la planta. Para encontrar el motivo del fallo de la matriz de fundición a presión de acero H13, el autor llevó a cabo
Analisis fallido.

Defectos organizativos

Hay defectos obvios de segregación de bandas en la estructura recocida del acero en bruto. La segregación de bandas es un tipo de segregación de composición química. Cuando el lingote de acero se forja y lamina, la segregación dendrítica formada durante el proceso de solidificación se lamina y alarga para formar una zona de segregación. Durante el recocido, el carburo precipita a lo largo de la zona de segregación para formar una banda con diferentes grados de densidad. Segregación. La segregación de bandas es el indicador más simple e importante para medir el grado de segregación del acero H13. Puede reflejar la segregación de elementos de aleación y dendritas en la estructura de lingotes de acero y si el proceso de trabajo en caliente es apropiado. Tiene un impacto significativo en la tenacidad de impacto transversal del acero. Por lo tanto, la norma NADCA # 2007-2003 estipula claramente el nivel aceptable de la estructura recocida y la segregación de bandas del acero H13. La segregación de las bandas tiene una gran influencia en la estructura y las propiedades después del enfriamiento. Después del enfriamiento, la estructura de martensita con bajo contenido de carbono se forma en la zona pobre en carbono, y la estructura de martensita criptona con alto contenido de carbono se forma en la zona rica en carbono, que finalmente se hereda. Estado templado. La segregación de la banda del acero del troquel averiado es grave y la estructura es muy desigual, lo que afecta seriamente la tenacidad transversal del troquel.

Inclusiones no metálicas y carburos licuados en la zona de segregación. Los estudios han señalado que el recalentamiento y difusión del lingote puede reducir la segregación del elemento, pero para el acero H13, la segregación es difícil de eliminar por completo, y una vez que aparece en la zona de segregación una gran cantidad de inclusiones no metálicas y carburos licuados reducirá aún más la tenacidad del acero al impacto transversal. Esta es también una base importante para distinguir si el nivel de segregación de banda está calificado o no en NADCA # 2007-2003. Según los resultados de la prueba, la pureza del acero de la matriz es baja y la zona de segregación contiene una gran cantidad de inclusiones no metálicas. Entre ellos, las inclusiones de partículas grandes de DS Al 2 O 3 han alcanzado el nivel de 2.0, lo que daña gravemente la continuidad de la matriz. , Bajo la acción de una fuerza externa, las grietas se forman fácilmente. La resistencia del acero disminuye con el aumento del número de inclusiones, y cuanto mayor es el tamaño de las inclusiones, mayor es el impacto en la tenacidad. Los carburos licuados son bloques gruesos y continuos en el lingote de acero H13, que se rompen después de la forja y se distribuyen en cadenas a lo largo de la dirección de la forja. El proceso de tratamiento térmico convencional básicamente no tiene ningún efecto sobre la distribución y morfología de los carburos licuados. Por lo tanto, la distribución en forma de cadena de los carburos licuados todavía puede verse en el área en forma de cinturón de la estructura templada. De manera similar a las inclusiones, los carburos licuados pueden aumentar la fragilidad del acero debido a su propia fractura o separación de la interfaz de la matriz. Además, los carburos locales en forma de cadena con ángulos agudos pueden causar fácilmente concentración de tensión y microfisuras. La distribución concentrada de inclusiones no metálicas y carburos licuados, por un lado, afecta seriamente la tenacidad transversal del acero y, por otro lado, es fácil formar fuentes de grietas durante el uso.

La dureza del molde es demasiado alta.

Se puede ver en los resultados de la prueba de dureza que la dureza del molde fallado es más alta que el rango de dureza recomendado de NADCA # 2007-2003, y la distribución es desigual. De acuerdo con la curva de temple y revenido del acero H13, se puede ver que una temperatura de temple excesivamente alta o una temperatura de revenido baja pueden hacer que la dureza del acero H13 sea más alta, y un revenido insuficiente puede causar una distribución desigual de la dureza del molde. El molde puede tener una alta dureza después del temple y revenido debido a un funcionamiento incorrecto o al control de la temperatura del horno durante el proceso de tratamiento térmico, lo que afecta aún más la tenacidad del molde al impacto y, finalmente, hace que la microestructura esté en un estado inestable y una tensión interna residual excesiva. Grandes, fáciles de agrietar cuando actúa una fuerza externa, provocando un fallo prematuro del molde.

Proceso de falla

Durante el uso, el molde de fundición a presión debe resistir el impacto y la tensión de compresión del metal fundido a alta temperatura, así como la tensión de tracción generada por la compresión del metal de fundición durante el desmoldeo, y el entorno de servicio es relativamente severo. Puede verse en los resultados de la prueba que un gran número de inclusiones y carburos licuados se concentran cerca de la fuente de la grieta en la superficie. Existen diferencias en la elasticidad, plasticidad y coeficiente de expansión térmica de las inclusiones y los carburos licuados de la matriz. Cuando se aplican repetidamente tensión térmica y fuerza mecánica, la concentración de tensión se forma fácilmente alrededor de las inclusiones y los carburos licuados, y eventualmente se producen microfisuras. Debido a la baja tenacidad del acero de la matriz, cuando se forman las microfisuras, la matriz no tiene suficiente tenacidad para evitar la propagación de la grieta. Cuando la tensión excede su resistencia a la fractura, es fácil hacer que las grietas penetren en la matriz, lo que hace que la matriz se agriete y se desguace. A partir de esto, se puede juzgar que las inclusiones no metálicas y los carburos depositados en líquido en el acero de la matriz causaron microgrietas tempranas en la superficie de la matriz, y la tenacidad extremadamente baja del acero de la matriz hizo que las grietas se propagaran rápidamente, lo que es una causa importante de rotura de matrices.

medidas de mejora

Según el análisis anterior, para el acero H13 y su proceso de tratamiento térmico,
Se han realizado las siguientes mejoras:

• El acero H13 adopta un proceso de refundición por electroescoria para mejorar la pureza del acero y reducir el contenido de inclusiones no metálicas; controle la velocidad de refundición o utilice otros procesos de fundición para controlar el tamaño y la cantidad de carburo líquido.
• A través del recocido por difusión a alta temperatura y el forjado multidireccional repetido con una gran proporción de forjado, se mejora la segregación de la banda y se reduce el carburo líquido.
• Los parámetros del proceso de tratamiento térmico del molde deben controlarse estrictamente para garantizar que la dureza general del molde esté dentro del rango especificado.

Discusión del nudo

• La fractura del molde es una fractura frágil. La razón es que hay una segregación de bandas relativamente seria en la microestructura del acero de la matriz, y hay más inclusiones no metálicas y carburos líquidos en la zona de segregación, además de que ningún proceso de tratamiento térmico razonable hace que la dureza general del molde sea menor. más alto. El efecto combinado de estos factores da como resultado una tenacidad de impacto extremadamente baja del molde.
• Las inclusiones no metálicas en el acero de la matriz y la vecindad del carburo líquido son fáciles de formar microgrietas tempranas, y la tenacidad extremadamente baja del acero de la matriz hace que las grietas se propaguen rápidamente y finalmente se rompa la matriz general.
• En la producción futura, la fábrica seleccionó acero para matrices H13 de alta calidad y controló estrictamente los parámetros del proceso de tratamiento térmico. La vida útil de la matriz se mejoró significativamente. No se observaron grandes grietas pasantes después de la fundición a presión de 10 000 piezas.

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