Feb 02, 2024
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轉發自:《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期
作者:楊磊,夏明六,徐先滿,陳由熹
(銅陵市特種設備監督檢驗中心,安徽銅陵244000)
摘要:分析了GCr巧沖壓模具零件在成型電阻片過程中的失效原因,并采用軟氮化工藝對其表面進行了強化 采用金相顯微鏡(0M)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、顯微硬度計、氧化試驗等表征了失效特征、氮化層組織結構及性能等。結果表明,氧化腐蝕是導致模具零件過早失效的重要原因,軟氮化處理可以有效減輕模具零件表面的氧化腐蝕,延長模具零件的使用壽命 關鍵詞:沖壓模具零件;失效分析;氧化腐蝕;軟氮化
DOI:10·1415 · cnki. 1001一3814.2016· 18· 069 中圖分類號:TG386;TG156 文獻標識碼:A 文章編號:1001 ·3814(2016)18·0255·03 Failure Analysis and Improvement Measures Of GCr15 Stamping Die Part
長周期內用于沖壓加工。然而該沖壓模具零件
收稿日期:20巧0708
255
Hot Working Technology 2016,v0L45,No,18
化處理的工序為:前處理乛預熱乛液體軟氮化乛冷卻乛清洗。其中預熱溫度為350、380 ℃;軟氮化介質為TJ-2基鹽,鹽浴成分范圍:(1%、2巧%)CN一+ (30%、35%)CNO一;滲氮溫度為560 ℃,保溫2,5h
沖壓模具零件失效主要發生在頭部機械截取、 用丙酮溶液超聲清洗8min后,采用JSM-6360LV 掃描電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能譜儀對斷口進行形貌觀察及成分分析。采用DM-ILM光學顯微鏡對斷口處金相組織及氮化層進行觀察,并在 FM·700顯微硬度計進行顯微硬度測試,測試載荷選用2.94N,加載保溫時間巧s,每組試樣在測試區域選取5個點,以平均值表征區域硬度,并根據GB仃 11354·2005對氮化層厚度及脆性進行評級。用氧化試驗對軟氮化處理后模具零件的抗氧化能力進行評定,具體試驗方法為:將稱好的試樣放人裝有電阻片 中,并將器皿放人電阻爐中加熱到280 ℃保溫72h, 取出觀察試樣的腐蝕情況,并稱重做好記錄,最后用掃描電子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表面進行觀察與分析
2試驗結果
2· 1失效分析
經常規熱處理(淬火+低溫回火)的GCr巧沖壓模具零件在使用過程中很容易失效,失效面形貌及 EDS分析如圖2所示從圖2(a)中可以看出,沖壓模具零件邊緣有輕微磨損,邊角成了圓弧狀,且表面存在較多黑色塊狀的粘著物,如箭頭所指處。采用 SEM仔細觀察發現,失效面上有明顯的切削痕跡以及腐蝕坑,可見其使用效果較差。通過EDS分析可以看出,粘著物由O、Fe、Cr、Mn等元素組成,說明
加工料粉末(由Cuo、NiO MnO等組成)的鐵制器皿
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E/keV E/ kev
圖2失效面形貌及EDS分析
Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis
圖3為沖壓模具零件的金相組織圖。從圖中可以看出,該組織主要由回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體組成,這與標準的金相組織圖譜中組織一致。同時測得沖壓模具零件的顯微硬度值達到 674.I HV(表1) ,滿足GCr巧鋼經淬火+低溫回火后 的硬度要求,說明熱處理工藝正常。
綜上所述,沖壓模具零件失效主要與模具零件表面發生氧化腐蝕有關,其主要與模具零件加工工況有關。該模具零件用于成型電阻片時,而電阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化物組成,在加工過
圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮化處理
Fig.3 Microstructure Of the sample
表1模具零件的顯微硬度(HV) 為了提高沖壓模具零件表面的抗氧化能力,采用液體軟氮化對其表面進行處理。圖4為氮化層與程中,模具零件周圍會產生大量的熱量,導致溫度升高,此時模具零件表面的Fe將與氧化物反應形成 Fe氧化物,而GCr巧鋼中又沒有足量Cr形成具有保護性的氧化鉻膜來抑制Fe氧化物為主的氧化膜形成。因此,GCr巧沖壓模具零件在長時間成型電阻時,將不斷發生氧化腐蝕,最終導致模具零件失效。
測量次數 平均值
1 2 3 4 5
685.6 675.7 667、5 669.1 672、7 674.1
基體組織圖。從圖4(a)中可以看出,經液體軟氮化后,模具零件表面形成一層均勻的白亮層,厚度約 20 m;圖4(b)顯示軟氮化后模具零件基體中回火馬
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《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期
a氮化層
50 m 50 m
圖從圖中可看出,硬度隨距氮化層邊緣的距離先降低后趨于平穩,基體的顯微硬度約473 · 8HV根據 GB/T11354·2005標準評判,滲氮層深度約170 m 發現基體的顯微硬度較淬火+低溫回火后模具零件的硬度有所降低,這與氮化過程中回火馬氏體減少有關。
圖4氮化層與基體組織圖
Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate
氏體減少,析出較多的粒狀碳化物,這是由于軟氮化溫度在560 ℃,相當于高溫回火,導致回火馬氏體溶解形成粒狀碳化物。氮化層除了白亮層外,還包括擴散層,擴散層在光學顯微鏡下不易觀察,氮化層深度需要采用硬度法確定。
圖5為顯微硬度與沿表面垂直距離的變化曲線 2·3抗氧化腐蝕性能
表2為未處理樣品與軟氮化后樣品的氧化腐蝕試驗結果從表中可以看出,未處理的模具零件在氧化72h后,樣品增重14,8m以m,而經軟氮化處理后,樣品僅增重1.3m cm2,說明軟氮化處理明顯改善了模具零件的抗氧化腐蝕能力。
表2氧化腐蝕試驗結果
Tab.2 The results of oxidation corrosion test
樣品 未處理 軟氮化后
樣品增重/(mg•cm3 14.8
0 50 100 150 200 250 300 350
沿表面垂直距離/pm 處理能夠減緩模具零件在加工過程中的氧化腐蝕
圖5顯微硬度與沿表面垂直距離的變化曲線
Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗氧化腐蝕性能的提高與其表面形成的氮
vertical distance along the surface 化層有關,氮化層中8相具有較強的抗氧化性和耐
圖6為未處理樣品與軟氮化后樣品的氧化腐蝕形貌及EDS結果。由圖可知,未處理的樣品表面氧化腐蝕嚴重,腐蝕產物主要由O、Fe、Cr Mn等元素組成,與失效樣品檢測結果一致。軟氮化處理后的樣品的表面僅發生輕微氧化腐蝕,進一步說明軟氮化
Ni
氮處理,一
2 m
5叫
t 巳
Si
Al Cr
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 E/keV E/keV
圖6樣品氧化腐蝕形貌及EDS結果
蝕性,能夠阻礙氧向基體傳遞,從而延緩了氧化腐蝕速度。 力大大增強
參考文獻:
3結論 卩] Kuldeep Agarwal,Rajiv Shlvpun, Justin Vincent,et al• DC
pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for
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度約170 m 藝,2011,4002):178· 179.
Fig.6 Oxidation corrosron morphologies Of the sample and EDS results
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October 26, 2016
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