NOS525钢旋转平双耳热锻模具失效分析及热处理工艺优化

为解决某NOS525钢旋转平双耳热锻模具塌陷失效问题,结合其失效形式及部位,对所取试样的材料成分、硬度和金相组织、拉伸及冲击力学性能等进行了研究;同时,借助Deform-3D软件对锻造过程进行仿真;最后,结合失效形式及失效原因对该材料热处理工艺进行优化。试验和仿真结果表明,模具材料成分异常,且存在淬火过热和回火不充分现象,造成马氏体粗大,且有较多奥氏体残留,导致模具材料的强度、韧性、硬度不足,此外,在锻造过程中模具的高应力和高温集中区域与模具失效部位相吻合,最终,导致模具表面过早发生塌陷与龟裂失效。热处理优化后最终得到的最佳热处理温度为淬火温度为1090℃,三次回火温度分别为560、570和570℃,使材料的力学性能得到了显著提升。

NOS525钢下底座本体热锻模具失效分析

针对NOS525钢下底座本体热锻模具在早期服役过程中频繁发生表面塌陷和热疲劳裂纹失效的问题,结合下底座本体模具的失效形式及部位,采用直读光谱仪、洛氏硬度计、光学显微镜和扫描电镜分别对其材料成分、硬度和金相组织等进行了研究。同时,开展了模具不同深度及方向的取样设计,并进行了拉伸及冲击力学性能测试。此外,借助QForm软件对下底座本体的锻造过程进行仿真。试验和仿真结果表明:模具材料的显微组织中存在过长的针状马氏体和少量魏氏组织,属于晶粒粗大的过热组织,主要原因是模具在热处理过程中淬火温度过高或保温时间过长,加之回火不充分;下底座本体热锻过程中,模具工作面以及与飞边接触位置会产生明显的温度上升现象,模具工作时,型腔位置的最大应力接近试验所得的材料屈服强度,且超过了材料的疲劳强度,容易诱发模具上述部位发生表面塌陷和热疲劳裂纹,这与实际模具失效的情况相吻合。

NOS525钢热锻模具早期开裂失效分析

采用直读光谱仪、数显洛氏硬度计、光学显微镜、扫描电镜及能谱仪,对NOS525钢热锻模具早期开裂失效件的化学成分含量、断口特征形貌及金相组织进行检测和分析。结果显示,显微组织中的马氏体针尤为细长,该组织属于晶粒粗大的过热组织,主要原因为:模具在热处理过程中高温区加热时间过长,造成组织晶粒的急剧长大,且随着基体组织中碳含量的增加,马氏体形态由条状转变为针状,材料强度降低且脆性增大。由扫描电镜检测得知,模具开裂断面呈准解理断口及出现条状撕裂棱,表明组织中存在低硬度的软点区,断口表面的撕裂棱特征形貌属于淬火后未转变的残余奥氏体组织。残余奥氏体在应力作用下易发生马氏体相变,从而增加组织应力,进一步加大了材料开裂风险,降低模具的使用性能。同时,热锻模具在使用过程中,工作面存在冷却不及时或冷却不彻底的现象,使得模腔凹槽部位产生明显的热疲劳裂纹。