熱鍛模具失效類型及堆焊修補(bǔ)
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hkhjhc888 發(fā)布時(shí)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(jī)械疲勞裂紋、粘著和塑性變形。當(dāng)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(dǎo)加劇、金屬流動(dòng)與模膛表面摩擦產(chǎn)生巨大的熱效應(yīng)，在二者的共同作用下，會(huì)引起很高的瞬時(shí)溫升，產(chǎn)生氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)所形成的氧化膜在鍛造載荷和金屬流動(dòng)沖刷作用下會(huì)剝落，成為磨粒。如果模膛表面的瞬時(shí)溫升使模具材料軟化或熔融時(shí)，沿模膛表面流動(dòng)的金屬就會(huì)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(dòng)的沖刷以及環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，引起模具表面機(jī)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(jìn)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(yīng)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(fù)荷和金屬流動(dòng)特征，模膛表面大致可分為三個(gè)區(qū)域：壓（應(yīng)）力區(qū)（無滑移區(qū)或死區(qū)）、剪切（應(yīng)力）區(qū)（滑移區(qū)）和過渡區(qū)（微滑移區(qū)）。
①壓（應(yīng)）力區(qū)或稱無滑移區(qū)。坯料相對(duì)于模膛表面基本不流動(dòng)，模膛主要承受壓應(yīng)力的作用，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)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(yīng)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(shí)，這種坯料粘結(jié)在模膛上的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在壓應(yīng)力的作用下，模膛表面不斷粗糙化，逐漸形成點(diǎn)狀抗穴，最后擴(kuò)展為網(wǎng)狀的壓痕。
②剪切（應(yīng)力）區(qū)哉稱滑移區(qū)。坯料相對(duì)于模膛表面劇烈流動(dòng)，模膛承受坯料流動(dòng)形成的剪切應(yīng)用作用，此外也還承受壓應(yīng)力的作用，該區(qū)的受力狀態(tài)相當(dāng)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(dòng)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(jī)械磨損和腐蝕、熔融磨損出現(xiàn)的部位的狀態(tài)。機(jī)械磨損和氧化磨損主要導(dǎo)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(kuò)展致使模報(bào)廢；而腐蝕和熔融主要影響模膛表面質(zhì)量，使鍛模形成嚴(yán)重折皺和凹坑而無法修理，造成報(bào)廢。
2）粘著
當(dāng)鍛造潤滑不充分時(shí)，工件和模具的相對(duì)滑動(dòng)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(gè)表面發(fā)生焊合。若變形蓮荷不能克服焊點(diǎn)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(diǎn)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(jī)理，粘著是磨損的一種形式。
化學(xué)性質(zhì)活潑（如鋁和鈦等）和互溶性強(qiáng)的金屬粘著性大。熱穩(wěn)定性低和內(nèi)應(yīng)力大的顯微組織粘著性大。載荷大、溫度高和滑動(dòng)速度快的變形粘著性大。此外，環(huán)境介質(zhì)對(duì)粘著性也有影響。
3）機(jī)械疲勞裂紋
（1）機(jī)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(fù)荷的作用，在應(yīng)力最高的薄弱部位逐漸疲勞，萌生微裂紋。微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展成為機(jī)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(dāng)模具內(nèi)部受力不均勻，局部區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，在循環(huán)載荷的反復(fù)作用下，應(yīng)力集中處最先萌生裂紋，在連續(xù)使用過程中，裂紋擴(kuò)展，最后引起斷裂。當(dāng)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(kuò)展速率，從而減少疲勞斷裂失效。
（2）常見機(jī)械疲勞裂紋的產(chǎn)生部位：機(jī)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(dāng)模膛表面存在冶金缺陷或機(jī)械損傷時(shí)，由于應(yīng)力集中使機(jī)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(yán)重偏析）處。在載荷的作用下，當(dāng)這些部位的應(yīng)力超過材料疲勞極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械疲勞裂紋。在模具疲勞裂紋引起的失效中，錘鍛模比機(jī)械壓力機(jī)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(duì)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(yīng)力集中和受彎曲力矩而形成沿凸緣根部伸展。因?yàn)榍S的形狀結(jié)構(gòu)決定金屬在填充模膛過程中首先要進(jìn)行軸向流動(dòng)，即向長度方向運(yùn)動(dòng)，使模膛的凸緣部位反復(fù)推拉運(yùn)動(dòng)，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(dāng)長期作用在凸緣根部的力矩超過模具的疲勞極限時(shí)，根部開始開裂，嚴(yán)重時(shí)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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