表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。

高速热模锻模具热疲劳裂纹萌生期预测

在考虑高速热模锻凹模的材料性能和工况条件基础上 ,由Coffin Mansion公式导出了热疲劳裂纹萌生期预测公式 ,并采用这一公式对高速热模锻凹模进行了热疲劳裂纹萌生期的预测。通过试验发现预测结果与试验结果基本吻合。

齿轮坯半精锻模的失效分析与对策

对齿轮还半精锻模进行了失效分析，查明其主要失效机理是热疲劳。通过合理选材．使模具平均使用寿命提高约3倍。

精锻齿轮模具失效分析

通过成分分析、硬度测试和金相观察等手段对齿轮精锻模具进行失效分析,该模具失效形式为热疲劳失效,表现为齿顶龟裂、开裂和磨损。模具表面发生回火软化,金相观察发现该精锻模存在严重带状组织和热处理组织不均匀现象,机械性能下降。可采用高温扩散处理、多向锻造和超细化正火处理,减少因带状组织产生的各向异性;通过严格控制热处理工艺,保证模具得到良好组织,提高模具使用寿命。

锻造工艺对含钒热作模具钢组织和性能的影响

采用不同的锻造温度进行了5CrNiMoV新型含钒热作模具钢的锻造试验,并进行了显微组织、热疲劳性能和高温磨损性能的测试与对比分析。结果表明:当终锻温度为830℃时,与1070℃初始锻造温度锻造相比,在始锻温度1100℃下锻造的5CrNiMoV热作模具钢的热疲劳裂纹级别从5级降为2级,高温磨损体积从39×10^(-3)mm^(3)减为18×10^(-3)mm^(3);当始锻温度为1100℃时,与终锻温度860℃相比,在终锻温度830℃锻造的5CrNiMoV热作模具钢的热疲劳裂纹级别从4级变为2级,高温磨损体积从32×10^(-3)mm^(3)变为18×10^(-3)mm^(3)。在始锻温度1100℃,终锻温度830℃时锻造的模具钢热疲劳性能和高温磨损性能得到明显改善。

热处理对H_(13)钢热疲劳性能影响的研究

利用自制的电阻炉加热、循环水冷却式试验机,采用板状试样项端裂纹测试法,对 H13钢进行了热疲劳试验,测试了每100次循环后的裂纹长度和显微硬度的变化.试验结果表明:锻造余热淬火加高温回火后的热疲劳性能优于锻造缓冷加球化退火;提高淬火温度有利于 H13钢热疲劳性能的提高.根据显微组织观察,从理论上解释了上述规律.

012AI钢齿轮精锻模失效分析

012AI钢制齿轮精锻模在使用中早期失效。采用宏观检验、金相检验和硬度测试等方法分析了模具的失效原因。结果表明,模具的早期失效主要是由于离子渗氮层较浅,脆性较大,以及存在脉状氮化物等缺陷所致。针对上述原因,提出了相应的改进措施。

锻压温度对新型汽车模具钢性能的影响

采用不同始锻和终锻温度对4Cr5MoSiV1Sr1W1新型汽车模具钢进行锻压试验,并进行磨损性能和热疲劳性能的测试与分析。结果发现,与始锻温度1050℃相比,1125℃始锻时4Cr5MoSiV1Sr1W1模具钢的磨损体积减小40.5%、热疲劳裂纹级别减小55.6%;与终锻温度850℃相比,900℃终锻时模具钢的磨损体积减小36.7%、热疲劳裂纹级别减小50.0%。为了提高4Cr5MoSiV1Sr1W1新型汽车模具钢试样的抗磨损性能和热疲劳性能,优化后始锻温度和终锻温度分别选为1025℃和900℃。

电渣重熔双金属热锻模的研究

电渣重熔双金属模块具有钢质纯洁、成分均匀、组织致密、各向异性小、良好综合性能等特点。研究和应用表明:平均使用寿命比德国进口和国产5CrNiMo、5CrMnMo锻制模块提高30～80％,而材料成本却降低30％左右。这不仅有效地节约原材料,完满地完成以铸代锻,而且省去了锻造镦拔及专门对燕尾回火两道工序,取得显著经济效益。

多层金属热锻模的热机械疲劳寿命预测

热锻模服役环境恶劣,承受剧烈变化的循环热力载荷,极易导致热锻模型腔失效。采用多层金属结构可以显著提高热锻模的寿命与使用效果。以圆柱齿轮坯的锻造工艺为例,利用有限元软件Deform获得了多层金属热锻模在连续热锻条件下的循环温度场和应力分布;建立了多层金属热锻模热机械疲劳寿命预测方法与流程,利用热机械疲劳损伤预测模型对多层金属热锻模寿命进行了预测。结果可为多层金属热锻模的热疲劳寿命提供基础。

基于局部应力应变法的转向节预锻下模热机械疲劳分析

针对J11型转向节预锻下模热锻过程中存在应力集中、温度升幅过大的热机械疲劳问题,基于局部应力应变法,运用Deform-3D有限元软件模拟其过程中下模最大等效应力和下模最高温度随上模行程的变化规律,设计正交试验并考察了应变速率、摩擦因数、传热系数3种因素对下模最大等效应力和下模最高温度的显著性影响次序,并利用综合平衡法完成多目标优化。结果表明:3种因素的影响从大到小为传热系数、摩擦因数、应变速率;当应变速率为0.2 s^(-1),摩擦因数为0.3,传热系数为7 N/(s·mm·℃)时可有效缓解下模热机械疲劳,提高模具使用寿命。

锻造温度对4Cr5MoSiV1Sr1W1模具钢性能的影响

采用不同始锻和终锻温度对4Cr5MoSiV1Sr1W1模具钢进行了锻造,并进行了磨损性能和热疲劳性能的测试与分析。结果发现,与始锻温度1050℃(磨损体积28.5×10^-3 mm^3,热疲劳裂纹9级)相比,1125℃始锻时4Cr5MoSiV1Sr1W1模具钢的磨损体积减小40.5%,热疲劳裂纹级别减小5级;与终锻温度850℃(磨损体积26.8×10^-3mm^3,热疲劳裂纹8级)相比,900℃终锻时模具钢的磨损体积减小36.7%,热疲劳裂纹级别减小4级。为了提高4Cr5MoSiV1Sr1W1模具钢试样的抗磨损性能和热疲劳性能,优化后的始锻温度和终锻温度分别为1125、900℃。

轴承套圈坯用热锻模顶柱失效形式及产生原因

顶柱(KO)是在高温、高频热锻工况下热锻组合模的关键易损件,其直接承受锻锤的冲击载荷,约束高温坯料在型腔中的塑性流动,最后顶出套圈成形锻坯。在成形过程中,顶柱表层材料发生的大压缩应变-恢复、高温加热-水冷却的循环热疲劳、高温加热的回火软化、表面高温氧化起皮、表面上坯料塑性流动作用,会使顶柱发生早期失效。对顶柱的失效行为和形成机制进行分析,可为延长热锻模的使用寿命提供理论支持。

液态模锻工艺对锌合金机械圆环性能的影响

采用不同的浇注温度和比压对ZA12-0.6Sr锌合金机械圆环试件进行了液态模锻试验,并进行了热疲劳性能和耐磨损性能的测试与分析。结果表明:随浇注温度和比压的增加,试样的主裂纹平均深度和磨损体积均先减小后增大,热疲劳性能和耐磨损性能均先提升后下降。与560℃浇注温度相比,600℃浇注温度下试样的主裂纹平均深度和磨损体积分别减小了38.1%、25%;与80 MPa比压相比,120 MPa下试样的主裂纹平均深度和磨损体积分别减小了31.58%、22.58%。ZA12-0.6Sr锌合金圆环的液态模锻工艺参数优选为:浇注温度600℃和比压120 MPa。

提高锻模寿命的途径

针对锻模在使用过程中常见的两种失效形式 ,即热磨损和热疲劳裂纹 ,分析了其产生的原因 。

胎模锻的应用及提高使用寿命途径

胎模锻在同煤集团中央机厂已被广泛应用,是锻件生产的主要手段。针对模具在使用过程中存在寿命过低影响正常生产的问题,从胎模锻的特点﹑种类及应用进行阐述,对影响胎模使用寿命的原因进行分析,并提出了防止的方法和提高使用寿命的途径。

模锻温度对机械转子叶片热疲劳和磨损性能的影响

采用不同的模锻温度,对机械转子叶片进行了锻压成形,并进行了热疲劳和耐磨损性能的测试与分析。结果表明：与910℃始锻相比,试样在970℃始锻时的主裂纹平均深度、主裂纹平均宽度和磨损体积分别减小了35%,37%和40%;与780℃终锻相比,试样在820℃终锻时的主裂纹平均深度、主裂纹平均宽度和磨损体积分别减小了38%,40%和43%。随始锻温度从910℃升高至1010℃或终锻温度从780℃升高至860℃,机械转子叶片的热疲劳性能和耐磨损性能均先提高后下降。机械转子叶片的模锻温度优化参数为：始锻温度970℃和终锻温度820℃。

4Cr5Mo2V钢曲轴热锻模具失效分析

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对失效曲轴热锻模具的心部、裂纹处及基体的夹杂物、强韧性和显微组织进行表征与分析,从而阐明模具开裂的原因。结果表明:该模具由4Cr5Mo2V钢制成,模具开裂主要是由组织不均匀和热疲劳引起的,心部组织在淬火时未完全淬透,导致心部存在贝氏体组织,从而产生较大的内应力,而热疲劳进一步加速裂纹拓展,最终导致模具过早失效。

气门热锻模具应变疲劳寿命分析

针对气门热锻模具的早期疲劳失效,结合MSC.Marc和MSC.Fatigue数值模拟软件对气门热锻模具的成形过程进行热机耦合模拟,并进行热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)凹模的疲劳仿真与低周疲劳寿命预测。对凹模在热锻过程中的温度分布、等效热应变分布、应变-寿命曲线、周期性变化的节点等效应力等因素进行模拟分析,最终获得了凹模的疲劳寿命分布云图。研究结果表明:最先发生失效的位置在凹模R根部区域,寿命仅1460次,与实际生产情况中模具的失效位置及寿命值相符合,实现了气门热锻模具的疲劳寿命模拟预测。

3D打印5CrMnMo热锻模钢的性能研究

对3D打印5CrMnMo热锻模与传统方法制造5CrMnMo热锻模分别进行了磨损试验和热疲劳试验,并对比分析了两者的耐磨损性能和热疲劳性能。结果表明:3D打印5CrMnMo热锻模与传统方法制造5CrMnMo热锻模的磨损量分别为3.9g和3.8g,热疲劳裂纹级别分别为5级和4级。3D打印5CrMnMo热锻模与传统方法制造5CrMnMo热锻模的磨损性能相当,热疲劳性能差异较小。3D打印5CrMnMo热锻模具有较好的工程应用价值。