熱鍛模具失效類型及堆焊修補
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hkhjhc888 發(fā)布時間：2016-11-03 19:08:14
根據(jù)模具的磨損形式，典型的鍛模正常失效類型主要有：磨蝕、熱疲勞裂紋、機械疲勞裂紋、粘著和塑性變形。當然，還有脆性斷裂損壞，那是由于不正常操作或鍛模先天質(zhì)量不合格造成的，屬于非正常破壞，屬于早期失效或偶然失效。
1）磨蝕
在模鍛加載過程中，模膛表面與熱坯料的熱傳導加劇、金屬流動與模膛表面摩擦產(chǎn)生巨大的熱效應，在二者的共同作用下，會引起很高的瞬時溫升，產(chǎn)生氧化反應。氧化反應所形成的氧化膜在鍛造載荷和金屬流動沖刷作用下會剝落，成為磨粒。如果模膛表面的瞬時溫升使模具材料軟化或熔融時，沿模膛表面流動的金屬就會將模具的已軟化或熔融部位沖刷起皺、加速腐蝕，形成凹坑。
模具在正常使用情況下，在高溫、高壓條件下的模膛表面，由于氧化皮、潤滑劑中的硬質(zhì)顆粒及其他固體顆粒等隨金屬流動的沖刷以及環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，引起模具表面機械磨損、氧化、腐蝕和熔融，這些統(tǒng)稱為磨蝕。磨蝕大多以較緩慢的速度進行，但它是鍛模最覺的損壞形式，其主要特征是外圓角和棱角半徑增大、平面下凹或出現(xiàn)凹坑、表面溝痕、剝落和粘模等。
（1）熱鍛模具模膛表面各部位的摩擦和磨損主要取決于相應部位的受力狀態(tài)、幾何形狀和表面粗糙度等。根據(jù)各部位所受的負荷和金屬流動特征，模膛表面大致可分為三個區(qū)域：壓（應）力區(qū)（無滑移區(qū)或死區(qū)）、剪切（應力）區(qū)（滑移區(qū)）和過渡區(qū)（微滑移區(qū)）。
①壓（應）力區(qū)或稱無滑移區(qū)。坯料相對于模膛表面基本不流動，模膛主要承受壓應力的作用，實質(zhì)上相當于鐓粗工序的死區(qū)。該區(qū)域的中心部位可能產(chǎn)生極高的壓應力，可能將模膛表面局部壓凹，也可能發(fā)生坯料與模膛粘結(jié)，在模鍛鈦合金和鋁合金鍛件時，這種坯料粘結(jié)在模膛上的現(xiàn)象時有發(fā)生。在壓應力的作用下，模膛表面不斷粗糙化，逐漸形成點狀抗穴，最后擴展為網(wǎng)狀的壓痕。
②剪切（應力）區(qū)哉稱滑移區(qū)。坯料相對于模膛表面劇烈流動，模膛承受坯料流動形成的剪切應用作用，此外也還承受壓應力的作用，該區(qū)的受力狀態(tài)相當于鐓粗工序的最大變形區(qū)。該區(qū)（特別是模膛表面已因回火而軟化的部位）在金屬流動的沖刷作用下，將模膛表面拉傷，形成與金屬滑移方向一致的溝槽。
③過渡區(qū)或稱微滑移區(qū)。一般位于滑移區(qū)和死區(qū)之間。其受力狀態(tài)和磨蝕特征都介于二者之間。其磨蝕特征是在金屬滑移方向形成具有橢圓形凹坑的間斷溝槽。
（2）熱鍛模的機械磨損和腐蝕、熔融磨損出現(xiàn)的部位的狀態(tài)。機械磨損和氧化磨損主要導致模膛尺寸和形狀發(fā)生變化，最終使模具的外圓磨鈍和模膛側(cè)壁擴展致使模報廢；而腐蝕和熔融主要影響模膛表面質(zhì)量，使鍛模形成嚴重折皺和凹坑而無法修理，造成報廢。
2）粘著
當鍛造潤滑不充分時，工件和模具的相對滑動表面在摩擦力的作用下，氧化膜破裂，新鮮金屬表面裸露出來，在分子力的作用下，兩個表面發(fā)生焊合。若變形蓮荷不能克服焊點的結(jié)合力，工件將粘附在模具上；若變形載荷能夠克服焊點的結(jié)合力，工件將被撕裂，部分工件金屬粘附在模具上。按照磨損機理，粘著是磨損的一種形式。
化學性質(zhì)活潑（如鋁和鈦等）和互溶性強的金屬粘著性大。熱穩(wěn)定性低和內(nèi)應力大的顯微組織粘著性大。載荷大、溫度高和滑動速度快的變形粘著性大。此外，環(huán)境介質(zhì)對粘著性也有影響。
3）機械疲勞裂紋
（1）機械疲勞裂紋及其形貌：鍛模在長期連續(xù)使用過程中，由于脈沖負荷的作用，在應力最高的薄弱部位逐漸疲勞，萌生微裂紋。微裂紋進一步擴展成為機械疲勞裂紋，繼續(xù)使用該模具，裂紋變得越來越大，最后模具突然斷裂破壞。
疲勞裂紋總是從模具表面和內(nèi)部的缺陷處開始的，當模具內(nèi)部受力不均勻，局部區(qū)域就會出現(xiàn)較大的應力集中，在循環(huán)載荷的反復作用下，應力集中處最先萌生裂紋，在連續(xù)使用過程中，裂紋擴展，最后引起斷裂。當模具材料的斷裂韌性高可有效防止裂紋萌生及降低裂紋擴展速率，從而減少疲勞斷裂失效。
（2）常見機械疲勞裂紋的產(chǎn)生部位：機械疲勞裂紋一般首先出現(xiàn)在模膛表面，產(chǎn)生的部位因模膛的結(jié)構(gòu)而異。當模膛表面存在冶金缺陷或機械損傷時，由于應力集中使機械疲勞提前發(fā)生，例如在模具尺寸過渡（圓角、尖角、凹模）處、刀痕、磨損溝痕和材料冶金缺陷（夾雜、嚴重偏析）處。在載荷的作用下，當這些部位的應力超過材料疲勞極限時，就會產(chǎn)生機械疲勞裂紋。在模具疲勞裂紋引起的失效中，錘鍛模比機械壓力機模具多30%左右。
疲勞裂紋易發(fā)生在模膛底部承受較大彎曲力矩的拐角部位，其伸展方向與鍛擊方向呈45。，對于圓截面模膛側(cè)壁，疲勞裂紋也易產(chǎn)生在深而窄的模膛底部及凸緣根部，因應力集中和受彎曲力矩而形成沿凸緣根部伸展。因為曲軸的形狀結(jié)構(gòu)決定金屬在填充模膛過程中首先要進行軸向流動，即向長度方向運動，使模膛的凸緣部位反復推拉運動，在巨大的彎矩作用下，凸緣根部勢必產(chǎn)生疲勞，形成疲勞裂紋。當長期作用在凸緣根部的力矩超過模具的疲勞極限時，根部開始開裂，嚴重時可使凸緣連根拔掉，疲勞裂紋也是曲軸模具失效最常見的形式之一。
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