高速鋼刀具失效730

1、失效分析課程專題論文答辯王彬，肖帥，張慶泓王彬人的一生就是這樣，先把人生變成一個(gè)科學(xué)的夢，然后再把夢變成現(xiàn)實(shí)。 肖帥人生并不像火車要通過每個(gè)站似的經(jīng)過每一個(gè)生活階段。人生總是直向前行走，從不留下什么。 張慶泓在人生的道路上，當(dāng)你的希望一個(gè)個(gè)落空的時(shí)候，你也要堅(jiān)定，要沉著。 一.高速鋼刀具使用現(xiàn)狀 二.典型案例分析 1.1.案例案例 1 1：高速：高速鋼車鋼車刀刀過燒過燒失效失效 2. 2. 案例案例 2 2：網(wǎng)狀碳網(wǎng)狀碳化物分布不合格造成的裂化物分布不合格造成的裂紋紋 3.3.案例案例 3 3：鉆頭鉆頭淬火表面淬火表面脫碳導(dǎo)脫碳導(dǎo)致的硬度不足失效致的硬度不足失效 三.材料因素對刀具失效的影響

2、四.結(jié)論 五.建議切削刀具在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)和軍事工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)中起著切削刀具在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)和軍事工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)中起著非常重要的作用。非常重要的作用。 高速鋼刀具在強(qiáng)度、韌性及工藝性等方面具有優(yōu)良的綜合性能，在高速鋼刀具在強(qiáng)度、韌性及工藝性等方面具有優(yōu)良的綜合性能，在復(fù)雜刀具，復(fù)雜刀具， 尤其是制造孔加工刀具、銑刀、螺紋刀具、拉刀、切齒刀具等一些刃形復(fù)尤其是制造孔加工刀具、銑刀、螺紋刀具、拉刀、切齒刀具等一些刃形復(fù)雜刀具，高速鋼仍占據(jù)主要地位。雜刀具，高速鋼仍占據(jù)主要地位。 2010 年我國高速鋼刀具總產(chǎn)量年我國高速鋼刀具總產(chǎn)量 11.4 億件，

3、億件， 占刀具占刀具總產(chǎn)量的總產(chǎn)量的 79%，高速鋼刀具總產(chǎn)值，高速鋼刀具總產(chǎn)值 626.58 億元，億元， 占刀具總產(chǎn)值的占刀具總產(chǎn)值的68.6%。 由于高速由于高速鋼刀具大多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)刀具，生產(chǎn)批量大，如果質(zhì)量不穩(wěn)定，將造成大量產(chǎn)品報(bào)廢。鋼刀具大多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)刀具，生產(chǎn)批量大，如果質(zhì)量不穩(wěn)定，將造成大量產(chǎn)品報(bào)廢。 因因此，此， 失效件的分析將對控制產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定及預(yù)防大批量產(chǎn)品失效起到重要作用失效件的分析將對控制產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定及預(yù)防大批量產(chǎn)品失效起到重要作用。高速鋼刀具失效的主要形式及失效原因高速鋼刀具一般的制造工藝為：高速鋼刀具失效的主要形式及失效原因高速鋼刀具一般的制造工藝為： 原材料熱軋退原材

4、料熱軋退火火機(jī)加工機(jī)加工淬火淬火+回火回火刃磨開口刃磨開口表面處理等。表面處理等。 高速鋼刀具的失效形式主要表現(xiàn)高速鋼刀具的失效形式主要表現(xiàn)為切削過程中的崩刃、后刀面磨損、刃口塑性變形、前刀面磨損等失效形式及熱處理為切削過程中的崩刃、后刀面磨損、刃口塑性變形、前刀面磨損等失效形式及熱處理后的變形嚴(yán)重、后的變形嚴(yán)重、 產(chǎn)生裂紋或開裂、表面硬度低等失效形式。產(chǎn)生裂紋或開裂、表面硬度低等失效形式。 由于刀具失效形式多種多由于刀具失效形式多種多樣，其失效原因也比較復(fù)雜，除了對刀具的選擇和使用不當(dāng)外，主要還有刀具本身的樣，其失效原因也比較復(fù)雜，除了對刀具的選擇和使用不當(dāng)外，主要還有刀具本身的質(zhì)量問題。一

5、般來說影響刀具質(zhì)量的因素主要有四個(gè)方面：一是原材料質(zhì)量；二是熱質(zhì)量問題。一般來說影響刀具質(zhì)量的因素主要有四個(gè)方面：一是原材料質(zhì)量；二是熱處理質(zhì)量；處理質(zhì)量； 三是刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度；四是表面處理質(zhì)量。三是刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度；四是表面處理質(zhì)量。 其中原材料質(zhì)量及熱其中原材料質(zhì)量及熱處理技術(shù)是失效的主要原因，占失效總量的處理技術(shù)是失效的主要原因，占失效總量的 80%以上。以上。 國內(nèi)的一些刀具制造中小企業(yè)，國內(nèi)的一些刀具制造中小企業(yè)，刀具的檢測技術(shù)水平較低，無法實(shí)現(xiàn)對刀具制造過程的質(zhì)量監(jiān)控，刀具的檢測技術(shù)水平較低，無法實(shí)現(xiàn)對刀具制造過程的質(zhì)量監(jiān)控， 導(dǎo)致刀具的失效。導(dǎo)致刀具的失效。 據(jù)調(diào)查

6、，很多企業(yè)對過程質(zhì)量控制認(rèn)識不足，對生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)認(rèn)識存在誤區(qū)據(jù)調(diào)查，很多企業(yè)對過程質(zhì)量控制認(rèn)識不足，對生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)認(rèn)識存在誤區(qū)。企業(yè)對于刀、具檢驗(yàn)的錯(cuò)誤認(rèn)識案例案例 1：高速鋼車刀過燒失效：高速鋼車刀過燒失效 截面為 40mm40mm 的 W4Mo3Cr4VSi 材質(zhì)的高速鋼車刀發(fā)黑處理后發(fā)現(xiàn)表面有細(xì)微裂紋。 懷疑為磨削裂紋，委托進(jìn)行了金相檢驗(yàn)。 金相組織如圖 2 所示。圖 2(a)為基體的金相組織，可看出，有網(wǎng)狀的白色滲碳體組織，還存在魚骨狀的共晶萊氏體組織，為表 1 刀具制造過程中的材料相關(guān)的檢驗(yàn)項(xiàng)目加工工藝 錯(cuò)誤的檢驗(yàn)認(rèn)識 實(shí)際應(yīng)該重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目選表面殘余應(yīng)力及滲碳層殘余奧氏體測定

7、嚴(yán)重的過燒組織。 該組織脆性非常大， 為不合格組織。 圖 2(b)為表層裂紋處的金相組織。 可看出，表面裂紋處存在脫碳現(xiàn)象。 表層的脫碳組織使得在淬火冷卻時(shí)表面先形成馬氏體組織， 里層后形成馬氏體組織，表層產(chǎn)生了大殘余拉應(yīng)力，導(dǎo)致表層裂紋產(chǎn)生。 案例案例 2：網(wǎng)狀碳化物分布不合格造：網(wǎng)狀碳化物分布不合格造成的裂紋成的裂紋 某企業(yè)生產(chǎn)的成型銑刀，材料為高速鋼 W6Mo5-Cr4V2，淬火+ 三次回火后檢測發(fā)現(xiàn)硬度偏低 ，退火后重新進(jìn)行淬火+三次回火，表面發(fā)現(xiàn)有裂紋。 然后進(jìn)行了金相檢驗(yàn)。 金相組織如圖 3 所示。圖 3(a)為深腐蝕后的金相組織。 從圖 3(a)可看出網(wǎng)狀碳化物的分布。 根據(jù)GB

8、/T14979-1994 鋼的共晶碳化物不均勻度評定法評定，網(wǎng)狀碳化物不均勻度為 7 級，根據(jù)GB/T9943-2008 高速工具鋼規(guī)定共晶碳化物不均勻度應(yīng)不大于 3 級。 因此為不合格組織。圖 3(b)為裂紋處的高倍金相組織。可看出存在大量的白色網(wǎng)狀碳化物，粗大的馬氏體針，組織已嚴(yán)重過熱。由于碳化物分布非常不均勻，奧氏體組織中成分分布非常不均勻， 導(dǎo)致正常淬火溫度和時(shí)間時(shí)馬氏體組織不均勻，有些區(qū)域過熱，而有些區(qū)域欠熱，容易產(chǎn)生裂紋和硬度不均。案例案例 3：鉆頭淬火表面脫碳導(dǎo)致的：鉆頭淬火表面脫碳導(dǎo)致的硬度不足失效硬度不足失效 某企業(yè)采用 相同的工藝 生產(chǎn)的 準(zhǔn)3.3 mm 和準(zhǔn)3.4 mm

9、兩種規(guī)格的軋直柄制麻花鉆。 鉆削試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn) 準(zhǔn)3.4mm 鉆頭易崩刃，準(zhǔn)3.3mm 鉆頭符合要求。成分檢驗(yàn)合格，但含量偏下線。心部金相組織回火充分。碳化物分布也都比較均勻。刃口金相檢驗(yàn)結(jié)果如圖 4 所示。從圖 4(a)可看出 準(zhǔn)3.4mm 鉆頭的刃口處有脫碳現(xiàn)象，脫碳層約為 25m。 而圖 4(b)可看出，準(zhǔn)3.3 mm 鉆頭的刃口處無脫碳現(xiàn)象。 脫碳后表面形成了過熱的粗針馬氏體， 碳化物顆粒減少， 硬度偏低。 此案例中脫碳的原因主要是熱處理時(shí)鹽浴爐脫氧不完全造成的。 從以上幾個(gè)典型的失效分析案例可以看出，刀具失效主要是原材料成分和金相不合格及熱處理工藝不當(dāng)造成的過熱、過燒、脫碳等缺陷組織引起

10、的。因此， 應(yīng)該做好從原材料檢驗(yàn)到熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)等過程質(zhì)量控制。在質(zhì)量過程控制中，首先應(yīng)確定刀具制造過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)影響失效的主要因素， 確定出需要的檢驗(yàn)項(xiàng)目及指標(biāo)， 采取合理的檢測方法和測試流程，建立嚴(yán)格的檢驗(yàn)制度規(guī)程。 然后，通過檢驗(yàn)結(jié)果反饋優(yōu)化相應(yīng)的熱處理等加工工藝參數(shù)，制定出合理的刀具熱處理等加工工藝參數(shù)， 最終實(shí)現(xiàn)刀具質(zhì)量控制的目的。材料因素相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目、測試技術(shù)方法和檢驗(yàn)?zāi)康牧性诒?4。 可看出，表 4 中具體圖 3 網(wǎng)狀碳化物分布(a)和裂紋處的金相組織(b) 100(1) 從動軸的斷裂形式中心為一次性的過載斷裂，邊緣為疲勞斷裂，疲勞源區(qū)在次表層。(2) 從動軸的斷裂原因是由于軸中心存在原始缺陷，在使用中擴(kuò)展為一條長 140mm 的大裂紋，裂紋源從大裂紋的邊緣沿橫向擴(kuò)展，斷口形貌復(fù)雜，斷裂形式多樣。(3) 從動軸材料心部組織為鐵素體珠光體，有魏氏組