L'analyse des défaillances du moule de coulée sous pression en acier H13

À l'aide d'un microscope optique, d'un microscope électronique à balayage, d'un testeur de dureté, d'une machine d'essai de choc, etc., les premières causes de défaillance de la matrice de moulage sous pression en acier H13 pour le formage d'alliages d'aluminium ont été analysées. Les résultats montrent que le mode de rupture du moule est globalement la rupture fragile. La raison principale est qu'il existe des défauts structurels plus graves tels que la ségrégation des bandes, les inclusions non métalliques et le carbure liquide dans l'acier du moule. Dans le même temps, le processus de traitement thermique est déraisonnable; non métalliques Des fissures se forment autour des inclusions et des carbures liquéfiés sous l'action de contraintes thermiques et de forces mécaniques. La ségrégation des bandes et le processus de traitement thermique déraisonnable réduisent la résistance aux chocs du moule, font que les fissures se propagent rapidement et conduisent finalement à la défaillance précoce du moule.

L'acier H13 est actuellement l'acier à matrice pour travail à chaud le plus largement utilisé. En raison de sa résistance et de sa dureté à haute température, il présente une bonne ténacité, des performances de fatigue thermique et une certaine résistance à l'usure dans des conditions de température moyenne, et il peut résister à la corrosion du métal en fusion. , Souvent utilisé pour fabriquer des moules de moulage sous pression.

Lors de l'utilisation, le moule de coulée sous pression doit résister à l'impact et à la contrainte de compression du métal en fusion à haute température, ainsi qu'à la contrainte de traction générée par la compression du métal de coulée sous pression pendant le démoulage. La situation de contrainte est plus compliquée et le processus d'utilisation est souvent dû à des fissures thermiques et à une défaillance globale due à une rupture fragile, à la corrosion ou à l'érosion.

Il existe de nombreux facteurs qui provoquent une défaillance des matrices de moulage sous pression. Il est difficile de déterminer correctement la cause de la panne. De plus, la qualité de l'acier H13 produit par les fabricants nationaux est inégale et le processus de traitement thermique n'est pas raisonnable. Cela apporte beaucoup à l'analyse des défaillances des matrices de moulage sous pression. difficile.

Une usine métallurgique a utilisé des moules de moulage sous pression en alliage d'aluminium en acier H13 et n'a produit qu'à des essais plus de 100 produits. Le moule a été complètement brisé après que le temps d'utilisation ait été inférieur à un jour, ce qui a causé certaines pertes économiques à l'usine. Afin de trouver la raison de la défaillance de la matrice de moulage sous pression en acier H13, l'auteur a effectué
Analyse des pannes.

Défauts organisationnels

Il existe des défauts évidents de ségrégation des bandes dans la structure recuite de l'acier vierge de matrice. La ségrégation par bandes est une sorte de ségrégation par composition chimique. Lorsque le lingot d'acier est forgé et laminé, la ségrégation dendritique formée pendant le processus de solidification est laminé et allongé pour former une zone de ségrégation. Lors du recuit, le carbure précipite le long de la zone de ségrégation pour former une bande avec différents degrés de densité. Ségrégation. La ségrégation des bandes est l'indicateur le plus simple et le plus important pour mesurer le degré de ségrégation de l'acier H13. Cela peut refléter la ségrégation des éléments d'alliage et des dendrites dans la structure du lingot d'acier et si le processus de travail à chaud est approprié. Il a un impact significatif sur la ténacité transversale de l'acier. Par conséquent, la norme NADCA#2007-2003 stipule clairement le niveau acceptable de la structure recuite et la ségrégation des bandes de l'acier H13. La ségrégation des bandes a une grande influence sur la structure et les propriétés après la trempe. Après la trempe, la structure martensitique à faible teneur en carbone se forme dans la zone pauvre en carbone et la structure martensite cryptone à haute teneur en carbone se forme dans la zone riche en carbone, qui est finalement héritée. État tempéré. La ségrégation des bandes de l'acier de matrice défaillant est grave et la structure est très inégale, ce qui affecte sérieusement la ténacité transversale de la matrice.

Inclusions non métalliques et carbures liquéfiés dans la zone de ségrégation. Des études ont montré que le réchauffage et la diffusion du lingot peuvent réduire la ségrégation des éléments, mais pour l'acier H13, la ségrégation est difficile à éliminer complètement, et une fois qu'elle apparaît dans la zone de ségrégation Un grand nombre d'inclusions non métalliques et de carbures liquéfiés réduira encore la ténacité transversale de l'acier. C'est également une base importante pour distinguer si le niveau de ségrégation des bandes est qualifié ou non dans NADCA#2007-2003. Selon les résultats des tests, la pureté de l'acier à matrice est faible et la zone de ségrégation contient un grand nombre d'inclusions non métalliques. Parmi elles, les inclusions de grosses particules de DS Al 2 O 3 ont atteint le niveau de 2.0, ce qui nuit gravement à la continuité de la matrice. , Sous l'action d'une force extérieure, des fissures se forment facilement. La résistance de l'acier diminue avec l'augmentation du nombre d'inclusions, et plus la taille des inclusions est grande, plus l'impact sur la ténacité est important. Les carbures liquéfiés sont des blocs grossiers et continus dans le lingot d'acier H13, qui sont brisés après forgeage et répartis en chaînes dans le sens du forgeage. Le procédé de traitement thermique conventionnel n'a pratiquement aucun effet sur la distribution et la morphologie des carbures liquéfiés. Par conséquent, la distribution en forme de chaîne des carbures liquéfiés est toujours visible dans la zone en forme de ceinture de la structure trempée. Tout comme les inclusions, les carbures liquéfiés peuvent augmenter la fragilité de l'acier en raison de leur propre rupture ou séparation de l'interface de la matrice. De plus, les carbures locaux en forme de chaîne à angles vifs peuvent facilement provoquer une concentration de contraintes et des microfissures. La répartition concentrée des inclusions non métalliques et des carbures liquéfiés, d'une part, affecte sérieusement la ténacité transversale de l'acier, et d'autre part, il est facile de former des sources de fissures pendant l'utilisation.

La dureté du moule est trop élevée

Les résultats des tests de dureté montrent que la dureté du moule défaillant est supérieure à la plage de dureté recommandée de NADCA#2007-2003, et que la répartition est inégale. Selon la courbe de trempe et de revenu de l'acier H13, on peut voir qu'une température de trempe excessivement élevée ou une température de revenu basse peut augmenter la dureté de l'acier H13 et qu'un revenu insuffisant peut entraîner une répartition inégale de la dureté du moule. Le moule peut avoir une dureté élevée après trempe et revenu en raison d'un fonctionnement incorrect ou d'un contrôle de la température du four pendant le processus de traitement thermique, ce qui affecte davantage la résistance aux chocs du moule et rend finalement la microstructure dans un état instable et une contrainte interne résiduelle excessive. Grand, facile à craquer lorsqu'une force externe agit, provoquant une défaillance précoce du moule.

Processus d'échec

Pendant l'utilisation, le moule de moulage sous pression doit résister à l'impact et à la contrainte de compression du métal fondu à haute température, ainsi qu'à la contrainte de traction générée par la compression du métal moulé sous pression pendant le démoulage, et l'environnement de service est relativement difficile. On peut voir d'après les résultats des essais qu'un grand nombre d'inclusions et de carbures liquéfiés sont concentrés près de la source de fissure sur la surface. Il existe des différences dans l'élasticité, la plasticité et le coefficient de dilatation thermique des inclusions et des carbures liquéfiés de la matrice. Lorsque la contrainte thermique et la force mécanique sont appliquées de manière répétée, une concentration de contrainte se forme facilement autour des inclusions et des carbures liquéfiés, et des microfissures finissent par se produire. En raison de la faible ténacité de l'acier de la matrice, lorsque les microfissures se forment, la matrice n'a pas une ténacité suffisante pour empêcher la propagation des fissures. Lorsque la contrainte dépasse sa résistance à la rupture, il est facile de faire pénétrer des fissures dans la matrice, provoquant la fissuration et la mise au rebut de la matrice. À partir de là, on peut juger que les inclusions non métalliques et les carbures à dépôt liquide dans l'acier à matrice ont provoqué des microfissures précoces sur la surface de la matrice, et la ténacité extrêmement faible de l'acier à matrice a provoqué la propagation rapide des fissures, ce qui est une cause importante de fissuration des matrices.

Les mesures d'amélioration

Selon l'analyse ci-dessus, pour l'acier H13 et son procédé de traitement thermique,
Les améliorations suivantes ont été apportées :

• L'acier H13 adopte un processus de refusion sous laitier électrique pour améliorer la pureté de l'acier et réduire la teneur en inclusions non métalliques; contrôler la vitesse de refusion ou utiliser d'autres procédés de fusion pour contrôler la taille et la quantité de carbure liquide.
• Grâce à un recuit de diffusion à haute température et à un forgeage multidirectionnel répété avec un rapport de forgeage élevé, la ségrégation des bandes est améliorée et le carbure liquide est réduit.
• Les paramètres du processus de traitement thermique du moule doivent être strictement contrôlés pour garantir que la dureté globale du moule se situe dans la plage spécifiée.

Discussion sur les nœuds

• La fracture du moule est une fracture fragile. La raison en est qu'il y a une ségrégation de bande relativement sérieuse dans la microstructure de l'acier à matrice, et qu'il y a plus d'inclusions non métalliques et de carbures liquides dans la zone de ségrégation, plus aucun processus de traitement thermique raisonnable ne provoque la dureté globale du moule. plus haute. L'effet combiné de ces facteurs se traduit par une résistance aux chocs extrêmement faible du moule.
• Les inclusions non métalliques dans l'acier à matrice et à proximité du carbure liquide sont faciles à former des microfissures précoces, et la ténacité extrêmement faible de l'acier à matrice provoque la propagation rapide des fissures, et finalement la matrice globale est cassée.
• Dans la production future, l'usine a sélectionné de l'acier à matricer H13 de haute qualité et a strictement contrôlé les paramètres du processus de traitement thermique. La durée de vie de la matrice a été considérablement améliorée. Aucune fissure importante n'a été observée après le moulage sous pression de 10 000 pièces.

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