Abstrakt:Den kraftig stansende kaldsmiingsdysen for den koniske rullen av lager laget av Cr12MoV-stål har kortere levetid. Feilen i denne formen skyldes hovedsakelig den store slitasjen i formhulen, langsgående og tverrgående ekspansjonsbrudd, bulker rundt hjørnet og utseendet til utmattingserosjonsgropen. Basert på grunnlaget for plastisk deformasjon, jiggle-slitasje og utmattelsesbrudd, analyserte forfatteren sviktmekanismene for lett plastisk deformasjon, klemslitasje og klemmeekspansjonsbrudd under arbeid. Det konkluderes med at forbedringsmetoden for å forlenge levetiden er å ta i bruk de nye formmaterialene som harde legeringer og den nye kaldarbeidsformen med høy styrke og seighet i henhold til formdesignen og serviceforholdene. Stikkord: kaldsmiing dø; feilmekanisme; forbedringsmåte
1.Introduksjon
GCr15 stållager avsmalnende ruller er dannet av kald overskrift, også kjent som kaldstempling. For tiden brukes Cr12MoV-stål hovedsakelig som formingsform i Kina. På grunn av den store stemplingskraften som utøves på støpeformen under stemplingsprosessen, er levetiden relativt kort. I de tidlige dagene ble Cr12MoV stålformer bråkjølt ved 1080 grader og temperert ved 520 grader, med en hardhet på 62 ~ 64HRC. På grunn av den store størrelsen og ujevne fordelingen av karbider i dette stålet, er fenomenet brudd og kollaps mer alvorlig under bruk. De siste årene har mange fabrikker gått over til behandlingsprosessen med 1040 graders bråkjøling og middels temperaturtempering, med en hardhet på 60-62HRC og en økning i slagfasthet. Bruddfenomenet er kraftig redusert, og levetiden er økt med ca. to ganger. Med den 18 mm koniske valsen som et eksempel, kunne den opprinnelig bare stanse 1700-2000 stykker, men nå kan den stanse over 4000 stykker, med maksimalt 10 000 til 20 000 stykker. Imidlertid tilhører den fortsatt kortlivede muggsopp, som ikke bare øker muggforbruket, men enda viktigere, påvirker produksjonseffektiviteten. På grunn av det faktum at det avsmalnende valsematerialet er GCr15-stål med en relativt høy hardhet (197-227HB), blir det forstyrret fra en sylindrisk form til en konisk form etter stansing, og de øvre og nedre ender er flatbunnet og stemplet inn i en sirkulær bueform, noe som får overflaten til formhulrommet til å motstå tunge belastninger og friksjonskrefter lokalt. I henhold til stansetrykket kan det nå over 3000 MPa. Problemet med lav levetid for Cr12MoV stålformer er vanskelig å løse. Derfor forsker den innenlandske lagerindustrien aktivt på nye formmaterialer.
De viktigste manifestasjonene av formsvikt er endringer i størrelsen på rulleemnet og om behandlingen av kald overskrift kan fortsette normalt. Hvis størrelsen på rulleemnet blir større, eller til og med emnet ikke er fylt nok (kalt under trykk), eller hvis rulleemnet er deformert eller til og med ikke kan stemples på grunn av formsprekker eller hulromsdefekter, blir formen ugyldig og skrotet, og en ny form må skiftes ut. Det antas generelt at økningen i hulromsstørrelse hovedsakelig er forårsaket av utilstrekkelig slitestyrke av formen, mens sprekker, kollapser og indre overflatedefekter hovedsakelig er forårsaket av utilstrekkelig seighet. Problemet er imidlertid ikke så enkelt fordi under kraftig slagkraft, i tillegg til sterk friksjon og slitasje, er det også ledsaget av mikroplastisk deformasjon, som begge kan føre til at formhulrommets størrelse øker. Muggbrudd viser også utmattelsesbruddegenskaper, som er relatert til både sprøhet og genererings- og utviklingsprosessen av sprekkkilder. Generering av indre defekter i formhulen er også relatert til plastisk deformasjon og utmattelsesbrudd.
2. Feilskjemaer og kraftanalyse
Etter å ha undersøkt de eksisterende støpeformene av Cr12MoV-stål i en bestemt fabrikk, har det blitt funnet at det er fem hovedsituasjoner med endelig feil, som vist i figur 1: ① Størrelsen på formhulrommet blir større, og overskrider det tillatte feilområdet, noe som forårsaker størrelsen av det koniske rulleemnet for å overskride toleransen, og til og med utilstrekkelig fylling, noe som resulterer i undertrykk, som utgjør omtrent 60%; ② Utviklingen av langsgående sprekker i formen resulterer i sprekker på den indre veggen av formhulen, som kalles ekspansjonssprekker, som utgjør omtrent 20 %; ③ Sirkulært brudd i formen oppstår hovedsakelig på individuelle former, og utgjør omtrent 5%. For de fleste delte muggsopp forekommer vanligvis ikke dette bruddet; ④ Filetkollaps eller tretthetsgroper, som utgjør omtrent 10 %; ⑤ Andre sprekker, som for eksempel materialuttak eller overflatesprekker, utgjør ca. 5 %.
Fig. 1(a) sviktform og posisjon av dysen
(b) bilde av ekspansjonsbrudddyse
Under kaldkursprosessen med konisk valseforming er spenningssituasjonen til formen vist i figur 2. Innerveggen av formen utsettes for klemkraften P, som danner en skjærspenning t. Størrelsen på skjærspenningen er relatert til friksjonskraften, og fordelingen fra overflaten til innsiden endres gradvis, med en toppverdi på den indre overflaten.
Fig.2 Skjema av kraftfordelingen til kaldsmiingsdysen.
(a) den sirkulære skjærspenningen (b) fordelingen av skjærspenningen i arbeidsflatelaget (c) kreftene på det runde hjørnet
Den første situasjonen med muggfeil er forårsaket av to årsaker: slitasje og plastisk deformasjon. Under stempling utsettes arbeidsstykket for øyeblikkelig ekstruderingsdeformasjon, som først oppstår på overflaten av den lett konvekse kroppen. Selv om overflaten er veldig glatt, er det alltid en viss ruhet på innsiden av den nye formen, det vil si at det er mikroujevne ujevnheter. Når trykket når 1000-3000MPa, er spenningen større ved den lett konvekse kroppen, noe som fører til lokal plastisk deformasjon og betydelig skjærspenning på en viss dybde. På grunn av klemeffekten er det en liten relativ forskyvning mellom arbeidsstykket og overflaten av formen, noe som ligner på slitasje. På grunn av det høye positive trykket gnider emnet til den behandlede valsen gjentatte ganger kraftig mot den indre overflaten av formen, noe som forårsaker slitasje. På grunn av klemeffekten utsettes også formhulen for ekspansjonskraft. Når arbeidsstykket kommer i lokal kontakt med formoverflaten, kan den ujevne kraften overskride flytegrensen til Cr12MoV stål, noe som resulterer i mikroplastisk deformasjon og en økning i størrelsen på formhulrommet. Den ringformede fordypningen i figur 1b er forårsaket av plastisk deformasjon på kontaktflaten til den delte formen.
I tillegg kan varmen som omdannes ved deformasjonen av de behandlede valsene og varmen som genereres av sterk friksjon lokalt øke overflatetemperaturen til formhulen, forårsake ustabilitet i overflatestrukturen til formhulen og gjøre den mer utsatt for plastisk deformasjon og ha på.
Det andre og tredje tilfellet av muggsvikt, på grunn av den gjentatte virkningen av periferisk kraft, resulterer i lokal initiering av sprekker, og sprekkkilden oppstår ofte ved overflatelaget av blokkerte karbider eller inneslutninger. Når det først oppstår sprekker, på grunn av spenningskonsentrasjon, akselereres sprekkforplantningen her, noe som til slutt fører til sprø brudd. Figur 3 viser skjematisk diagram av langsgående sprekkutvikling og bruddfoto. Når man observerer bruddbildene, fremstår sprekkkilden som en sirkulær korrosjonsgrop. Sprekkkilden kan dannes ved avskalling av store karbider eller inneslutninger, som er mer sannsynlig å feste seg eller bite med arbeidsstykket etter dannelsen, noe som får sprekkkilden til å utvide seg. Med virkningen av vekslende slagkraft utvikles sprekker i både vertikal og horisontal retning. Utseendet til sprekker frigjør omkretskraften, mens nye sprekker ikke lenger oppstår i andre posisjoner. Derfor oppstår det kun én sprekk i en form. Bruddmorfologien viser kvasi-spaltningsegenskaper, og bruddoverflaten viser utmattelsesbruddkarakteristikker. På grunn av den ujevne periferiske kraften på formen, forårsaker det dessuten ujevn deformasjon og utvidelse av øvre og nedre deler, noe som fører til initiering og forplantning av tverrgående sprekker. Tverrsprekker er også relatert til ujevn avkjøling av formen under varmebehandling.
Fig. 3(a) Foto av brudddysen og (b) skisse av utmattingssprekkenes utbredelse
Det fjerde tilfellet av muggsvikt skyldes den øyeblikkelige konsentrasjonen av trykkspenning ved det avrundede hjørnet, opp til 3000-4000MPa, som forårsaker en viss dybde (omtrent noen få) under overflaten på det punktet μ Innenfor m, betydelig skjærkraft spenning genereres, noe som får materialet til å gi etter og danner en plastisk deformasjonssone. Under gjentatte påkjenninger genereres mikrosprekker parallelt med overflaten, som til slutt viser kollaps og kontaktutmattelse.
Den femte situasjonen er i hovedsak lik ②, ③ eller ④, bortsett fra at stedet der utmattelsesbrudd og kollaps oppstår er annerledes. I følge analysen av sviktformer er de viktigste sviktmekanismene mikroplastisk deformasjon, slitasje på slitasje og tretthetsbrudd.
Den mikroplastiske deformasjonsmekanismen er også forårsaket av dislokasjonsglidning. Begynner deformasjon med kjernedannelse av nye dislokasjoner eller med aktivering av eksisterende dislokasjoner? Det er to visninger. Den første antyder at plastisk deformasjon i utgangspunktet er relatert til kjernedannelse av nye dislokasjoner, som kan dannes på små trinn av enkeltatomer, korngrenser, underkornsgrenser osv. på overflaten; Det andre synspunktet antyder at det innledende stadiet av plastisk deformasjon skyldes aktivering av øvre dislokasjonskilder ved korngrenser [1]. Derfor prioriterer overflatelaget av formen forekomsten av dislokasjonsglidning, noe som forårsaker mikroplastisk deformasjon, som gradvis forplanter seg til interiøret. For å forbedre motstanden mot mikroplastisk deformasjon er det faktisk nødvendig å skape hindringer for bevegelse av alle dislokasjoner. For det første er det nødvendig å øke friksjonsmotstanden til gitteret. Den effektive legeringen av den faste løsningen kan forbedre gittermotstanden ved dislokasjonsbevegelse. Ulike legeringselementer har ulik effekt på styrken til matrisen. Si, W, Cr, Mo, V osv. er alle effektive forsterkende elementer, spesielt Si og W, som kan forbedre flytegrensen betydelig. Forskning har vist at det er en elastisk terskelverdi for elastisk grense, under hvilken dislokasjonsglidning ikke kan initieres. Derfor kan å øke flytestyrken til materialer effektivt forbedre deformasjonsmotstandsenergien, spesielt når det maksimale slagtrykket er konstant. Forfining av kornstørrelsen og martensittisk transformasjonsunderstruktur kan både øke dislokasjonstettheten og øke graden av pinning. På den annen side, under foredlingen av hardt karbonisert materiale, danner dislokasjoner dislokasjonsringer rundt en serie partikler. Når partiklene er svært spredt, er motstanden mot mikroplastisk deformasjon maksimal.
Mikroslitasje ligner hovedsakelig på limslitasje i den innledende fasen. Den relative bevegelsen mellom arbeidsstykket og formoverflaten er frem- og tilbakegående. Etter gjentatte ganger å bryte de kalde loddeforbindelsene til den mikrokonvekse kroppen, avtar limtendensen gradvis og går til slutt over til et stabilt stadium. I steady-state-stadiet spiller både adhesjons- og abrasive slitasjemekanismer en rolle, noe som resulterer i delamineringsslitasje på overflaten. Generelt, jo høyere hardheten til herdet martensitt og karbid i formmatrisen er, desto sterkere er slitestyrken. I tillegg, selv om i tilfelle av glidende slitasje, spesielt i nærvær av slipende partikler, når størrelsen på karbidpartikler er stor, kan de være fast innebygd i matrisen for å spille en større rolle. Under kalde stemplingsforhold er imidlertid skrellehastigheten til små karbider på grunn av ekstrudering relativt liten, og slitasjemengden bestemmes i stor grad av volumfraksjonen og hardheten til karbidene. Jo større volumfraksjon av karbider, jo høyere hardhet, og jo mindre slitasje.
Sprekkkilden til sprø brudd og utmattingssprekker genereres fortrinnsvis på makroskopiske defekter, og grove karbider eller inneslutninger i Cr12MoV-stål kan være initieringsstedet for sprekkkilden. Sprekkeforplantningshastigheten er relatert til styrken og seigheten til temperert martensitt, samt til størrelsen på karbider. Jo mindre karbider er, desto høyere er bruddseigheten til materialet, og jo langsommere er sprekkforplantningshastigheten.
Til slutt bør det nevnes at varmen som genereres under stemplingsprosessen øker overflatetemperaturen til formen, noe som styrker den termiske aktiveringsprosessen, slapper av dislokasjonsstiftingen, og til og med reduserer hardheten til matrisen, øker slitasje og plastisk deformasjon. Derfor bør nye materialer også ha god motstand mot tilbakeslag.
4. Påføring av nye moldmaterialer
I henhold til feilanalyse er det fire hovedkrav til mikrostrukturen og ytelsen til formmaterialer: ① høy plastisk deformasjonsmotstand, ② høy slitestyrke, ③ høy tretthetsbruddmotstand, og ④ for nye stålapplikasjoner er det nødvendig å velge kaldt arbeid formstål med raffinerte karbider, høyt volumfraksjonsforhold og høy hardhet.
For små koniske valser er det rimelig å bruke en hardlegeringsform. På grunn av den ultrahøye hardheten og den høye elastisitetsmodulen til hard legering, har den høy slitestyrke og plastisk deformasjonsmotstand, noe som kan sikre nøyaktigheten til de behandlede delene. Levetiden kan nå 10-20 ganger så lang som den originale Cr12MoV-stålformen. For store koniske valser kan stansemaskinen nå 160-250 tonn, og bruk av hardlegeringsformer kan forårsake for tidlig svikt på grunn av sprø brudd. Økningen i levetid er ikke tilstrekkelig til å kompensere for kostnadsøkningen. Derfor er det nødvendig å studere nye høyfaste og seighetskaldbearbeidende formstål.
Vi har beregnet sammensetningen av en ny type høyfast og duktilt formstål DM9 basert på faselikevekts termodynamikk. Etter smelting, smiing, valsing, varmebehandling, mikrostruktur og ytelsesstudier har det blitt funnet at det er fem typer karbider, M3C, M6C, M23C6, M7C3 og MC, i stålets glødede tilstand. På grunn av de termodynamiske og kinetiske forskjellene i kjernedannelse, vekst og oppløsning av ulike typer karbider i austenitt, kan karbidene raffineres jevnt, med en gjennomsnittlig størrelse på 0.66 etter gløding μm. Gjennomsnittlig størrelse på gjenværende karbid etter bråkjøling 0,5 μm. Det er 1/8-1/10 av den gjenværende karbidstørrelsen til Cr12MoV-stål. På grunn av tilsetningen av Si og W i tillegg til Cr, Mo og V i de martensittiske fastløsningsforsterkningselementene av DM9-stål, økes flytegrensen sammenlignet med Cr12MoV. Etter varmebehandling er det dessuten flere karbider med høy hardhet M6C og MC, og deres slitestyrke er også høy. Dette stålet påføres koniske rulleformer i stor størrelse, og levetiden er mer enn 2-3 ganger så lang som det originale Cr12MoV-stålet.
Under bråkjølings- og oppvarmingsprosessen er M3C og M23C6 av DM9-stål lettere løselig i austenitt, noe som effektivt kan forbedre den faste løseligheten til austenitt ved lavere bråkjølingstemperaturer. Imidlertid kan den store mengden uoppløst M6C og VC effektivt hindre kornvekst. Derfor kan dette stålet brukes til middels temperaturkjøling og lavtemperaturtempering, og dets tekniske ytelse og brukseffekt er bedre enn Cr12MoV-stål.
2023 november 4thukeWBM-produktanbefaling:
Høye krom stålkuler:
G5,G10,G16 Vår Chrome-ball produserer vanligvis i henhold til GBT 308.1-2013 og ISO 3290-1:2014-standarder. Hardhet vil bli tilpasset basert på dine krav.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
