材料失效分析案例分析课件

1、H13钢热锻模具早期失效分析材料科学与工程1101 xxxx xxxx第1页，共15页。背景检验内容及结果讨论结论第2页，共15页。 H13钢是一种含硅、铬、钼和钒的中合金热作模具钢，其化学成分与我国的4Cr5MoSiV1钢相当。H13钢具有较好的耐磨性、高的冲击韧性和抗冷热疲劳性能，热处理变形较小，是一种综合性能优良的模具钢，广泛应用于汽车零部件的热锻模具。某锻造企业采用H13钢作为汽车曲轴热锻的模具材料。该模具的设计寿命为45005000件，但部分模具仅生产100多件即发生断裂失效，造成很大的经济损失。背景第3页，共15页。检验内容原材料化学成分硬度测定断口形貌 1)宏观检查 2)微观检查

2、显微组织分析第4页，共15页。原材料化学成分 从模具的裂纹源附近提取样品，用碳硫分析仪及等离子体光谱仪进行模具材料的化学成分分析，结果如下： 与标准规定的化学成分相比，模具的化学成分中V 含量低于标准含量的下限成分，而Si含量处于标准含量的上限。第5页，共15页。硬度检测由表可得，模具钢各部位的硬度基本均匀一致。 取部分失效模具试样进行冲击试验，不同试样的平均冲击韧度KV仅为4. 76 J /cm2，远低于常规H13 钢在室温时冲击韧度( 一般应达到25 35 J /cm2 )第6页，共15页。断口宏观形貌 模具的断裂失效部位形貌如图所示。模具型腔未发现热磨损痕迹，没有明显塑性变形发生，未发现

3、龟裂，也未发现加工刀痕的痕迹，失效模具呈现两条相交的宏观裂纹，呈“T”字型，其中一条横向贯穿模具。根据裂纹的位置和方向，可以判断横穿整个模具的较长的一条裂纹最先形成，阻止了较短一条裂纹向前扩展，故较长的为主裂纹，较短的为次裂纹。第7页，共15页。断口微观形貌 从图中解理台阶及解理扇形花样可以判断该失效模具钢的断裂机制为解理断裂。第8页，共15页。失效模具微观形貌 对失效模具切割、取样，进行金相制样，用4%硝酸酒精腐蚀后观察其显微组织如图，从图中可看出失效模具钢中存在块状的不均匀组织。a) 纵截面 b) 横截面第9页，共15页。讨论 从合金元素的分析结果来看，H13模具钢中Si含量偏高而V含量偏

4、低。由于汽车曲轴的锻造过程中，模具温度可能远超过500 ，过高的Si含量将促进回火过程中晶间碳化物粗化，恶化钢的抗热疲劳性能。因此，这是造成H13模具早期失效的重要原因之一。第10页，共15页。 由失效模具微观形貌可知，该模具钢的锻后退火态存在大块不均匀组织，可以推断，这是由于模具钢的锻造及预备热处理( 球化退火) 不良所致，这也是造成该模具失效的最重要原因。第11页，共15页。 该失效模具宏观上以劈裂的形式断开，断口呈现明显的人字条纹及放射线花样，表明裂纹的扩展是不稳定的、快速的;微观上可见解理台阶和解理扇形花样，具有解理断裂的典型特征。由此判断其失效形式为脆性断裂，失效机制为解理断裂。第1

5、2页，共15页。结论 汽车曲轴热锻模具所用H13钢化学成分与标准中规定的合金元素含量相比，其裂纹源附近的V含量偏低，而Si含量偏高。无论是锻后退火态，或者是最终热处理态的模具钢中都存在带状组织和块状组织，表明该模具钢中的化学成分和显微组织不均匀，致使模具的力学性能尤其是冲击韧度降低，是造成模具早期失效的主要原因。第13页，共15页。谢谢！第14页，共15页。激励学生学习的名言格言220、每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路。221、世界会向那些有目标和远见的人让路（冯两努香港著名推销商）222、绊脚石乃是进身之阶。223、销售世界上第一号的产品不是汽车，而是自己。在你成功地把自

6、己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能脚踏实地地迈一步。225、积极思考造成积极人生，消极思考造成消极人生。226、人之所以有一张嘴，而有两只耳朵，原因是听的要比说的多一倍。227、别想一下造出大海，必须先由小河川开始。228、有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。229、以诚感人者，人亦诚而应。230、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会都看到某种忧患。231、出门走好路，出口说好话，出手做好事。232、旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。233、怠惰是贫穷的制造厂。2

7、34、莫找借口失败，只找理由成功。（不为失败找理由，要为成功找方法）235、如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。236、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。237、世上没有绝望的处境，只有对处境绝望的人。238、回避现实的人，未来将更不理想。239、当你感到悲哀痛苦时，最好是去学些什么东西。学习会使你永远立于不败之地。240、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴们都睡着的时候，一步步艰辛地向上爬241、世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力。242、坚韧是成功的一大要素，只要在门上敲得够久、够大声，终会把人唤醒的。243、人之所以能，是相信能。244、没有口水与汗水，就没有成功的泪水。245、一个有信念者所开发出的力量，大于99个只有兴趣者。246、环境不会改变，解决之道在于改变自己