高速钢刀具失效730

1、失效分析课程专题论文答辩王彬，肖帅，张庆泓王彬人的一生就是这样，先把人生变成一个科学的梦，然后再把梦变成现实。 肖帅人生并不像火车要通过每个站似的经过每一个生活阶段。人生总是直向前行走，从不留下什么。 张庆泓在人生的道路上，当你的希望一个个落空的时候，你也要坚定，要沉着。 一.高速钢刀具使用现状 二.典型案例分析 1.1.案例案例 1 1：高速：高速钢车钢车刀刀过烧过烧失效失效 2. 2. 案例案例 2 2：网状碳网状碳化物分布不合格造成的裂化物分布不合格造成的裂纹纹 3.3.案例案例 3 3：钻头钻头淬火表面淬火表面脱碳导脱碳导致的硬度不足失效致的硬度不足失效 三.材料因素对刀具失效的影响

2、四.结论 五.建议切削刀具在汽车工业、航空航天工业、能源工业和军事工业等国民经济的建设中起着切削刀具在汽车工业、航空航天工业、能源工业和军事工业等国民经济的建设中起着非常重要的作用。非常重要的作用。 高速钢刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能，在高速钢刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能，在复杂刀具，复杂刀具， 尤其是制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复尤其是制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复杂刀具，高速钢仍占据主要地位。杂刀具，高速钢仍占据主要地位。 2010 年我国高速钢刀具总产量年我国高速钢刀具总产量 11.4 亿件，

3、亿件， 占刀具占刀具总产量的总产量的 79%，高速钢刀具总产值，高速钢刀具总产值 626.58 亿元，亿元， 占刀具总产值的占刀具总产值的68.6%。 由于高速由于高速钢刀具大多数为标准刀具，生产批量大，如果质量不稳定，将造成大量产品报废。钢刀具大多数为标准刀具，生产批量大，如果质量不稳定，将造成大量产品报废。 因因此，此， 失效件的分析将对控制产品质量稳定及预防大批量产品失效起到重要作用失效件的分析将对控制产品质量稳定及预防大批量产品失效起到重要作用。高速钢刀具失效的主要形式及失效原因高速钢刀具一般的制造工艺为：高速钢刀具失效的主要形式及失效原因高速钢刀具一般的制造工艺为： 原材料热轧退原材

4、料热轧退火火机加工机加工淬火淬火+回火回火刃磨开口刃磨开口表面处理等。表面处理等。 高速钢刀具的失效形式主要表现高速钢刀具的失效形式主要表现为切削过程中的崩刃、后刀面磨损、刃口塑性变形、前刀面磨损等失效形式及热处理为切削过程中的崩刃、后刀面磨损、刃口塑性变形、前刀面磨损等失效形式及热处理后的变形严重、后的变形严重、 产生裂纹或开裂、表面硬度低等失效形式。产生裂纹或开裂、表面硬度低等失效形式。 由于刀具失效形式多种多由于刀具失效形式多种多样，其失效原因也比较复杂，除了对刀具的选择和使用不当外，主要还有刀具本身的样，其失效原因也比较复杂，除了对刀具的选择和使用不当外，主要还有刀具本身的质量问题。一

5、般来说影响刀具质量的因素主要有四个方面：一是原材料质量；二是热质量问题。一般来说影响刀具质量的因素主要有四个方面：一是原材料质量；二是热处理质量；处理质量； 三是刀具结构设计及加工精度；四是表面处理质量。三是刀具结构设计及加工精度；四是表面处理质量。 其中原材料质量及热其中原材料质量及热处理技术是失效的主要原因，占失效总量的处理技术是失效的主要原因，占失效总量的 80%以上。以上。 国内的一些刀具制造中小企业，国内的一些刀具制造中小企业，刀具的检测技术水平较低，无法实现对刀具制造过程的质量监控，刀具的检测技术水平较低，无法实现对刀具制造过程的质量监控， 导致刀具的失效。导致刀具的失效。 据调查

6、，很多企业对过程质量控制认识不足，对生产过程中的检验认识存在误区据调查，很多企业对过程质量控制认识不足，对生产过程中的检验认识存在误区。企业对于刀、具检验的错误认识案例案例 1：高速钢车刀过烧失效：高速钢车刀过烧失效 截面为 40mm40mm 的 W4Mo3Cr4VSi 材质的高速钢车刀发黑处理后发现表面有细微裂纹。 怀疑为磨削裂纹，委托进行了金相检验。 金相组织如图 2 所示。图 2(a)为基体的金相组织，可看出，有网状的白色渗碳体组织，还存在鱼骨状的共晶莱氏体组织，为表 1 刀具制造过程中的材料相关的检验项目加工工艺 错误的检验认识 实际应该重点检验项目选表面残余应力及渗碳层残余奥氏体测定

7、严重的过烧组织。 该组织脆性非常大， 为不合格组织。 图 2(b)为表层裂纹处的金相组织。 可看出，表面裂纹处存在脱碳现象。 表层的脱碳组织使得在淬火冷却时表面先形成马氏体组织， 里层后形成马氏体组织，表层产生了大残余拉应力，导致表层裂纹产生。 案例案例 2：网状碳化物分布不合格造：网状碳化物分布不合格造成的裂纹成的裂纹 某企业生产的成型铣刀，材料为高速钢 W6Mo5-Cr4V2，淬火+ 三次回火后检测发现硬度偏低 ，退火后重新进行淬火+三次回火，表面发现有裂纹。 然后进行了金相检验。 金相组织如图 3 所示。图 3(a)为深腐蚀后的金相组织。 从图 3(a)可看出网状碳化物的分布。 根据GB

8、/T14979-1994 钢的共晶碳化物不均匀度评定法评定，网状碳化物不均匀度为 7 级，根据GB/T9943-2008 高速工具钢规定共晶碳化物不均匀度应不大于 3 级。 因此为不合格组织。图 3(b)为裂纹处的高倍金相组织。可看出存在大量的白色网状碳化物，粗大的马氏体针，组织已严重过热。由于碳化物分布非常不均匀，奥氏体组织中成分分布非常不均匀， 导致正常淬火温度和时间时马氏体组织不均匀，有些区域过热，而有些区域欠热，容易产生裂纹和硬度不均。案例案例 3：钻头淬火表面脱碳导致的：钻头淬火表面脱碳导致的硬度不足失效硬度不足失效 某企业采用 相同的工艺 生产的 准3.3 mm 和准3.4 mm

9、两种规格的轧直柄制麻花钻。 钻削试验时发现 准3.4mm 钻头易崩刃，准3.3mm 钻头符合要求。成分检验合格，但含量偏下线。心部金相组织回火充分。碳化物分布也都比较均匀。刃口金相检验结果如图 4 所示。从图 4(a)可看出 准3.4mm 钻头的刃口处有脱碳现象，脱碳层约为 25m。 而图 4(b)可看出，准3.3 mm 钻头的刃口处无脱碳现象。 脱碳后表面形成了过热的粗针马氏体， 碳化物颗粒减少， 硬度偏低。 此案例中脱碳的原因主要是热处理时盐浴炉脱氧不完全造成的。 从以上几个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热处理工艺不当造成的过热、过烧、脱碳等缺陷组织引起

10、的。因此， 应该做好从原材料检验到热处理质量检验等过程质量控制。在质量过程控制中，首先应确定刀具制造过程中的各个环节影响失效的主要因素， 确定出需要的检验项目及指标， 采取合理的检测方法和测试流程，建立严格的检验制度规程。 然后，通过检验结果反馈优化相应的热处理等加工工艺参数，制定出合理的刀具热处理等加工工艺参数， 最终实现刀具质量控制的目的。材料因素相关检验项目、测试技术方法和检验目的列在表 4。 可看出，表 4 中具体图 3 网状碳化物分布(a)和裂纹处的金相组织(b) 100(1) 从动轴的断裂形式中心为一次性的过载断裂，边缘为疲劳断裂，疲劳源区在次表层。(2) 从动轴的断裂原因是由于轴中心存在原始缺陷，在使用中扩展为一条长 140mm 的大裂纹，裂纹源从大裂纹的边缘沿横向扩展，断口形貌复杂，断裂形式多样。(3) 从动轴材料心部组织为铁素体珠光体，有魏氏组