Abstrakti:Cr12MoV-teräksestä valmistetun laakerin kartiorullan raskaan lävistysmuotin käyttöikä on lyhyempi. Tämän muotin vika johtuu pääasiassa muottipesän voimakkaasta kulumisesta, pitkittäis- ja poikittaislaajenemismurtumasta, pyöreän kulman lommotuksesta ja väsymiseroosiokuopan ulkonäöstä. Muovisen muodonmuutoksen, tärinäkulumisen ja väsymismurtuman perusteisiin perustuen Kirjoittaja analysoi lievän plastisen muodonmuutoksen, puristuskulumisen ja puristavan laajenemismurtuman rikkoutumismekanismeja työskentelyn aikana. Johtopäätöksenä on, että parannustapa käyttöiän pidentämiseksi on ottamalla käyttöön uusia muottimateriaaleja, kuten kovia metalliseoksia ja uutta lujaa ja sitkeää kylmätyöstömuottia muotin suunnittelun ja käyttöolosuhteiden mukaisesti. Avainsanat: kylmätaontamuotti; vikamekanismi; parantamisen tapa
1.Johdanto
GCr15-teräslaakeroidut kartiomaiset rullat on muodostettu kylmäpäällä, joka tunnetaan myös nimellä kylmäleimaus. Tällä hetkellä Cr12MoV-terästä käytetään pääasiassa muovausmuotina Kiinassa. Muottiin stanssausprosessin aikana kohdistuvan raskaan puristusvoiman vuoksi sen käyttöikä on suhteellisen lyhyt. Alkuaikoina Cr12MoV-teräsmuotit sammutettiin 1080 asteessa ja karkaistiin 520 asteessa kovuuden ollessa 62–64 HRC. Suuren koon ja karbidien epätasaisen jakautumisen vuoksi tässä teräksessä murtumis- ja romahtamisilmiö on vakavampi käytön aikana. Viime vuosina monet tehtaat ovat siirtyneet käsittelemään 1040 asteen karkaisua ja keskilämpötilakarkaisua, jonka kovuus on 60-62HRC ja iskunkestävyys on lisääntynyt. Murtumisilmiö on vähentynyt huomattavasti ja käyttöikä on kasvanut noin kaksinkertaiseksi. Esimerkkinä 18 mm:n kartiomaisesta telasta se pystyi alun perin lävistämään vain 1700-2000 kappaletta, mutta nyt se pystyy lävistämään yli 4 000 kappaletta, enintään 10 000 - 20 000 kappaletta. Se kuuluu kuitenkin edelleen lyhytikäisiin muotteihin, mikä ei vain lisää muotin kulutusta, vaan mikä tärkeintä, vaikuttaa tuotannon tehokkuuteen. Koska kartiomaisen telan materiaali on GCr15-terästä, jonka kovuus on suhteellisen korkea (197-227HB), se on painunut sylinterimäisestä kartiomaiseksi meiston jälkeen ja ylä- ja alapäät ovat tasapohjaisia ja meistetty pyöreän kaaren muotoon, jolloin muotin ontelon pinta kestää hetkellisesti raskaan kuormituksen iskuja ja kitkavoimia paikallisesti. Lävistyspaineen mukaan se voi saavuttaa yli 3000 MPa. Cr12MoV-teräsmuottien alhaisen käyttöiän ongelma on vaikea ratkaista. Siksi kotimainen laakeriteollisuus tutkii aktiivisesti uusia muottimateriaaleja.
Tärkeimmät muotin vaurioitumisen ilmentymät ovat tela-aihion koon muutokset ja se, voiko kylmäpäänkäsittely edetä normaalisti. Jos tela-aihion koko kasvaa tai edes aihiota ei ole täytetty tarpeeksi (kutsutaan paineen alaisena), tai jos tela-aihio on vääntynyt tai sitä ei edes voida leimata muotin halkeamien tai ontelovaurioiden vuoksi, muotti ei kelpaa ja romutetaan ja uusi muotti on vaihdettava. Yleisesti uskotaan, että onkalon koon kasvu johtuu pääasiassa muotin riittämättömästä kulumiskestävyydestä, kun taas halkeamat, painumat ja sisäiset pintavirheet johtuvat pääasiassa riittämättömästä sitkeydestä. Ongelma ei kuitenkaan ole niin yksinkertainen, koska kovassa iskuvoimassa voimakkaan kitkan ja kulumisen lisäksi mukana on myös mikroplastista muodonmuutosta, jotka molemmat voivat aiheuttaa muotin ontelon koon kasvamisen. Homemurtumalla on myös väsymismurtuman ominaisuuksia, jotka liittyvät sekä haurauteen että halkeamien lähteiden muodostumis- ja kehitysprosessiin. Sisäisten vikojen syntyminen muottipesään liittyy myös plastiseen muodonmuutokseen ja väsymismurtumaan.
2. Vikamuodot ja voimaanalyysi
Tutkittuaan olemassa olevia Cr12MoV-teräsmuotteja tietyssä tehtaassa on havaittu, että lopullisella rikkoutumisella on viisi pääasiallista vikatilannetta, kuten kuvassa 1: ① Muotin ontelon koko kasvaa, ylittää sallitun virhealueen, mikä aiheuttaa koon. kartiomaisesta rullaaihiosta ylittää toleranssi ja jopa riittämätön täyttö, mikä johtaa alipaineeseen, joka on noin 60 %; ② Pitkittäisten halkeamien kehittyminen muotissa aiheuttaa halkeamia muotin ontelon sisäseinässä, jota kutsutaan laajenemishalkeamiksi ja joiden osuus on noin 20 %; ③ Muotin pyöreä murtuminen tapahtuu pääasiassa yksittäisissä muoteissa, noin 5 %. Useimmissa halkaistuneissa muoteissa tätä murtumaa ei yleensä tapahdu; ④ fileen romahdus tai väsymiskuopat, osuus noin 10 %; ⑤ Muut halkeamat, kuten materiaalin poisto tai pintahalkeamat, muodostavat noin 5 %.
Kuva 1(a) muotin murtumismuoto ja sijainti
(b) valokuva laajenemismurtuman suulakkeesta
Kartioruovauksen kylmäpäättelyprosessin aikana muotin jännitystilanne on esitetty kuvassa 2. Muotin sisäseinämään kohdistuu puristusvoima P, joka muodostaa leikkausjännityksen t. Leikkausjännityksen suuruus liittyy kitkavoimaan, ja jakautuminen pinnalta sisäpinnalle muuttuu vähitellen siten, että sisäpinnalla on huippuarvo.
Kuva 2 Kaavio kylmätaontamuotin voimien jakautumisesta.
(a) ympyränmuotoinen leikkausjännitys (b) leikkausjännityksen jakautuminen työpintakerroksessa (c) pyöreään kulmaan kohdistuvat voimat
Ensimmäinen muotin vaurioituminen johtuu kahdesta syystä: kulumisesta ja plastisesta muodonmuutoksesta. Leimauksen aikana työkappale altistetaan välittömälle ekstruusiomuodonmuutokselle, joka tapahtuu ensin hieman kuperan kappaleen pinnalla. Vaikka pinta on erittäin sileä, on uuden muotin sisäpinnassa aina tiettyä epätasaisuutta eli mikroepätasaisia kuoppia. Kun paine saavuttaa 1000-3000MPa, jännitys on suurempi hieman kuperassa kappaleessa, mikä johtaa paikalliseen plastiseen muodonmuutokseen ja merkittävään leikkausjännitykseen tietyllä syvyydellä. Puristusvaikutuksesta johtuen työkappaleen ja muotin pinnan välillä on pieni suhteellinen siirtymä, joka on samanlainen kuin naarmujen kuluminen. Korkeasta ylipaineesta johtuen käsitellyn telan aihio hankaa toistuvasti voimakkaasti muotin sisäpintaa aiheuttaen kulumista. Puristusvaikutuksesta johtuen muotin ontelo altistuu myös laajenemisvoimalle. Kun työkappale joutuu paikalliseen kosketukseen muotin pinnan kanssa, epätasainen voima voi ylittää Cr12MoV-teräksen myötölujuuden, mikä johtaa mikroplastiseen muodonmuutokseen ja muotin ontelon koon kasvuun. Kuvan 1b rengasmainen painauma johtuu halkaistun muotin kosketuspinnan plastisesta muodonmuutoksesta.
Lisäksi prosessoitujen telojen muodonmuutosten muuttama lämpö ja voimakkaan kitkan synnyttämä lämpö voivat paikallisesti nostaa muotin ontelon pintalämpötilaa, mikä aiheuttaa epävakautta muotin ontelon pintarakenteessa ja tekee siitä alttiimman plastisille muodonmuutoksille ja pitää päällä.
Toinen ja kolmas muotin hajoamistapaus, joka johtuu toistuvasta kehävoiman vaikutuksesta, johtavat halkeamien paikalliseen alkamiseen, ja halkeaman lähde esiintyy usein lohkokarbidien tai sulkeumien pintakerroksessa. Kun halkeamia syntyy, jännityskonsentraatiosta johtuen, halkeamien eteneminen tässä kiihtyy, mikä lopulta johtaa hauraaseen murtumaan. Kuvassa 3 on kaavakuva pitkittäishalkeamien kehittymisestä ja murtumisesta. Murtokuvia tarkasteltaessa halkeama näkyy pyöreänä korroosiokuopana. Halkeaman lähde voi muodostua suurten karbidien tai sulkeumien kuoriutumisesta, jotka todennäköisemmin tarttuvat tai pureutuvat työkappaleeseen muodostumisen jälkeen, jolloin halkeama lähde laajenee. Vaihtelevan iskuvoiman vaikutuksesta halkeamia syntyy sekä pysty- että vaakasuunnassa. Halkeamien ilmaantuminen vapauttaa kehävoiman, kun taas uusia halkeamia ei enää esiinny muihin kohtiin. Siksi muotissa tapahtuu vain yksi halkeama. Murtuman morfologialla on näennäisen halkeamisominaisuuksia, ja murtumapinnalla on väsymismurtumaominaisuuksia. Lisäksi muotiin kohdistuvan epätasaisen kehävoiman vuoksi se aiheuttaa epätasaista muodonmuutosta ja ylä- ja alaosan laajenemista, mikä johtaa poikittaisten halkeamien syntymiseen ja leviämiseen. Poikittaiset halkeamat liittyvät myös muotin epätasaiseen jäähtymiseen lämpökäsittelyn aikana.
Kuva 3(a) Kuva murtumissuuttimesta ja (b) luonnos väsymishalkeamien etenemisestä
Neljäs muotin hajoamistapaus johtuu puristusjännityksen välittömästä keskittymisestä pyöristetyssä kulmassa aina 3000-4000MPa asti, mikä aiheuttaa tietyn syvyyden (noin muutaman) pinnan alla kyseisessä kohdassa μ metrin sisällä, merkittävä leikkausvoima syntyy jännitystä, joka saa materiaalin taipumaan ja muodostaa plastisen muodonmuutosvyöhykkeen. Toistuvassa rasituksessa syntyy pinnan suuntaisia mikrohalkeamia, jotka lopulta osoittavat romahtamista ja kosketusväsymystä.
Viides tilanne on olennaisesti samanlainen kuin ②, ③ tai ④, paitsi että väsymismurtuman ja romahtamisen paikka on erilainen. Vikamuotojen analyysin mukaan päävauriomekanismit ovat mikroplastinen muodonmuutos, naarmuuntuminen ja väsymismurtuma.
Mikroplastisen muodonmuutosmekanismin aiheuttaa myös dislokaatioliuku. Alkaako muodonmuutos uusien dislokaatioiden nukleoitumisesta vai olemassa olevien dislokaatioiden aktivoitumisesta? Näkymiä on kaksi. Ensimmäinen viittaa siihen, että plastinen muodonmuutos liittyy alun perin uusien dislokaatioiden ytimestymiseen, joita voi muodostua yksittäisten atomien pienille askelmille, raerajoille, osaraerajoille jne. pinnalla; Toinen näkökulma viittaa siihen, että plastisen muodonmuutoksen alkuvaihe johtuu ylempien dislokaatiolähteiden aktivoitumisesta raerajoilla [1]. Siksi muotin pintakerros asettaa etusijalle sijoiltaan siirtymisen, mikä aiheuttaa mikroplastista muodonmuutosta, joka etenee vähitellen sisäpuolelle. Mikroplastisten muodonmuutosten vastustuskyvyn parantamiseksi on itse asiassa tarpeen luoda esteitä kaikkien dislokaatioiden liikkumiselle. Ensinnäkin on tarpeen lisätä hilan kitkavastusta. Kiinteän liuoksen tehokas seostus voi parantaa dislokaatioliikkeen hilakestävyyttä. Eri seosaineilla on erilainen vaikutus matriisin lujuuteen. Si, W, Cr, Mo, V jne. ovat kaikki tehokkaita lujittavia elementtejä, erityisesti Si ja W, jotka voivat parantaa myötölujuutta merkittävästi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että elastisuusrajalle on olemassa elastinen kynnysarvo, jonka alapuolella dislokaatioliukumista ei voida aloittaa. Siksi materiaalien myötölujuuden lisääminen voi tehokkaasti parantaa muodonmuutoskestävyysenergiaa, varsinkin kun suurin iskupaine on vakio. Raekoon ja martensiittisen transformaation alirakenteen jalostaminen voi sekä lisätä dislokaatiotiheyttä että parantaa kiinnittymisastetta. Toisaalta kovien hiiltyneiden materiaalipisteiden jalostuksen aikana dislokaatiot muodostavat dislokaatiorenkaita hiukkassarjan ympärille. Kun hiukkaset ovat hyvin dispergoituneita, vastustuskyky mikromuoviselle muodonmuutokselle on maksimaalinen.
Mikrokuluminen on pääosin samanlaista kuin alkuvaiheen liiman kuluminen. Suhteellinen liike työkappaleen ja muotin pinnan välillä on edestakaisin. Kun mikrokuperan rungon kylmäjuotosliitokset on toistuvasti murrettu, tartuntataipumus vähenee vähitellen ja siirtyy lopulta vakaaseen vaiheeseen. Vakaassa tilassa sekä adheesiolla että hankaavilla kulumismekanismeilla on merkitystä, mikä johtaa pinnan delaminaatiokulumiseen. Yleensä mitä korkeampi karkaistun martensiitin ja karbidin kovuus muottimatriisissa on, sitä vahvempi on kulutuskestävyys. Lisäksi vaikka liukuvan kulumisen tapauksessa, erityisesti hankaavien hiukkasten läsnä ollessa, kun karbidihiukkasten koko on suuri, ne voidaan upottaa lujasti matriisiin, jotta niillä on suurempi rooli. Kylmäleimausolosuhteissa pienikokoisten karbidien kuoriutumisnopeus suulakepuristamisesta on kuitenkin suhteellisen pieni, ja kulumismäärä määräytyy suurelta osin karbidien tilavuusosuuden ja kovuuden mukaan. Mitä suurempi karbidien tilavuusosuus on, sitä suurempi on kovuus ja sitä pienempi kulumismäärä.
Hauraiden murtumien ja väsymishalkeamien lähde syntyy ensisijaisesti makroskooppisista vioista, ja karkeat karbidit tai sulkeumat Cr12MoV-teräksessä voivat olla halkeaman lähteen alkukohta. Halkeaman etenemisnopeus liittyy karkaistun martensiitin lujuuteen ja sitkeyteen sekä karbidien kokoon. Mitä pienempi karbidien koko on, sitä suurempi on materiaalin murtolujuus ja sitä hitaampi halkeaman etenemisnopeus.
Lopuksi on mainittava, että meistoprosessin aikana syntyvä lämpö nostaa muotin pintalämpötilaa, mikä vahvistaa lämpöaktivointiprosessia, rentouttaa dislokaatiokiinnitystä ja jopa vähentää matriisin kovuutta, lisää kulumista ja plastista muodonmuutosta. Siksi uusilla materiaaleilla tulee myös olla hyvä rebound-kestävyys.
4. Uusien muottimateriaalien käyttö
Vikaanalyysin mukaan muottimateriaalien mikrorakenteelle ja suorituskyvylle on neljä päävaatimusta: ① korkea plastinen muodonmuutoskestävyys, ② korkea kulutuskestävyys, ③ korkea väsymismurtolujuus ja ④ uusille terässovelluksille on valittava kylmätyöstö. muottiteräs, jossa on jalostettuja karbideja, suuri tilavuusfraktiosuhde ja korkea kovuus.
Pienikokoisille kartiomaisille teloille on järkevää käyttää kovametallimuottia. Kovan seoksen erittäin korkean kovuuden ja korkean kimmomoduulin ansiosta sillä on korkea kulutuskestävyys ja plastinen muodonmuutoskestävyys, mikä voi varmistaa käsiteltyjen osien tarkkuuden. Käyttöikä voi olla 10-20 kertaa alkuperäisen Cr12MoV-teräsmuotin käyttöikä. Suurikokoisilla kartiomaisilla teloilla leimauskone voi nousta 160-250 tonniin, ja kovaseosmuottien käyttö voi aiheuttaa ennenaikaisen rikkoutumisen hauraiden murtumien vuoksi. Käyttöiän pidentyminen ei riitä kompensoimaan kustannusten nousua. Siksi on tarpeen tutkia uusia lujia ja sitkeitä kylmämuottiteräksiä.
Olemme laskeneet faasitasapainon termodynamiikkaan perustuen uudentyyppisen lujan ja sitkeän muottiteräksen DM9 koostumuksen. Sulatuksen, takomisen, valssauksen, lämpökäsittelyn, mikrorakenteen ja suorituskykytutkimusten jälkeen on havaittu, että teräksen hehkutetussa tilassa on viisi tyyppiä karbideja, M3C, M6C, M23C6, M7C3 ja MC. Erityyppisten karbidien ytimen muodostumisessa, kasvussa ja liukenemisessa austeniitissa esiintyvien termodynaamisten ja kineettisten erojen vuoksi karbidit voidaan jalostaa tasaisesti, ja niiden keskikoko on 0,66 hehkutuksen jälkeen μm. Jäljellä olevan karbidin keskimääräinen koko sammutuksen jälkeen 0,5 μm. Se on 1/8-1/10 jäljellä olevasta Cr12MoV-teräksen karbidikoosta. Koska DM9-teräksen martensiittinen kiinteäliuosvahvistuselementteihin on lisätty Si:tä ja W:tä Cr:n, Mo:n ja V:n lisäksi, myötöraja on suurempi kuin Cr12MoV. Lisäksi lämpökäsittelyn jälkeen korkeakovuuskarbideja M6C ja MC on enemmän, ja niiden kulutuskestävyys on myös korkea. Tätä terästä käytetään suurikokoisissa kartiomaisissa telamuoteissa, ja sen käyttöikä on yli 2-3 kertaa alkuperäisen Cr12MoV-teräksen käyttöikä.
Sammutus- ja kuumennusprosessin aikana DM9-teräksen M3C ja M23C6 liukenevat helpommin austeniitille, mikä voi tehokkaasti parantaa austeniitin kiintoaineliukoisuutta alemmissa sammutuslämpötiloissa. Suuri määrä liukenematonta M6C:tä ja VC:tä voi kuitenkin tehokkaasti estää viljan kasvua. Siksi tätä terästä voidaan käyttää keskilämpötilan karkaisuun ja matalan lämpötilan karkaisuun, ja sen tekninen suorituskyky ja käyttövaikutus ovat parempia kuin Cr12MoV-teräs.
2023 marraskuu 4ThviikkoWBM:n tuotesuositus:
Korkeat kromiteräspallot:
G5,G10,G16 Kromipallomme tuotetaan yleensä GBT 308.1-2013 ja ISO 3290-1:2014 standardien mukaan. Kovuus räätälöidään vaatimuksesi mukaan.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
