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机用丝锥早期失效的分析与预防 |
| 来源：信息中心 时间：2009-2-1 10:43:04 |
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高速钢丝锥、板牙是广泛用于玛钢管件、不锈钢管件、阀门、石油机械、压力容器等各种机械零件内外缧纹加工的高效加工工具。由于被加工件强度高或被加工件质量不稳定，再加上丝锥、板牙制造过程中出现的一些问题，往往导致机用丝锥、板牙的早期失效。机用丝锥、板牙的主要失效形式包括断裂、崩刃、磨损等。由于以这三种方式失效的丝锥、板牙都远未达到正常的使用寿命，因此造成较大的经济损失。现分别进行分析。
1 断裂
断裂主要发生在丝锥上(板牙较少发生断裂)，一般是沿丝锥整个横截面裂开。笔者通过对大量丝锥断裂失效案例的分析，认为丝锥断裂的主要原因有以下几个方面。
- 焊接不良
- 为节省昂贵的高速钢，丝锥柄、刃分别采用45钢与高速钢经摩擦对焊而成。大量的丝锥断裂是由于焊接不牢造成的。丝锥的焊接质量主要由焊接摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力及顶锻时间决定。摩擦阶段要使45钢和高速钢接触面上的低熔点化合物等有害杂质都被挤出，最后在适当的顶锻压力下挤压在一起。
- 焊接时，由于45钢在高温下强度很底，在摩擦压力下会产生很大的压缩变形，形成很大的翻边；而高速钢由于有足够强度使翻边很小，这就使待焊表面高速钢一侧的低熔点化合物未被完全挤出，焊后容易产生裂纹，在丝锥使用过程中裂纹扩展造成断裂。
- 原材料质量问题
- 我厂采用W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V作为制造丝锥、板牙的原材料，经淬火、回火后硬度一般在64～66HRC，材料脆性很高，强韧性较低。当原材料中化学成分C及杂质S、P、Si、Mn超标时，会使丝锥脆性增大；当低倍组织中存在夹杂气孔、组织疏松时，也会使材料脆性增加，造成丝锥使用时崩刃。
- 原材料碳化物不均匀度过大，丝锥也容易崩刃。若材料组织中出现大块碳化物，丝锥使用过程中大块碳化物处会产生集中应力，使大块碳化物脱落，造成崩刃。若一次碳化物出现网状分布，由于碳化物网对基体有割裂作用，因此也易使丝锥崩刃。通过对实际使用中出现崩刃和完好无损的丝锥切削刃进行金相观察，发现未崩刃的丝锥中碳化物细小、圆整、分布均匀，而发生崩刃的丝锥中碳化物分布不均、呈堆积状或颗粒较大。
淬火晶粒度大于9.5级时，材料组织的脆性将增大。而热处理严重过热时，组织中的碳化物将在晶粒边界聚集后析出，碳化物出现脱尾，甚至出现半网状碳化物。这样的组织使得丝锥、板牙变得非常脆，使用时容易崩刃。
- 此外，丝锥淬火后的回火也很关键。如果回火不充分，组织中残余奥氏体较多。由于丝锥、板牙加工螺纹时切削阻力很大，丝锥与工件接触部分温度很容易升高，当再次冷却时，组织中未转变的残余奥氏体将会有一部分转变成马氏体。这部分马氏体在丝锥下次使用前是未经回火的，而未经回火的马氏体非常脆，容易导致崩刃的发生。
- 我们在质量检测中针对回火炉内温度分布不均匀造成一部分丝锥回火不充分的问题进行改进，同时采用560℃×1小时三次回火，使丝锥全部达到充分回火，大大减少了崩刃现象。
3 磨损
- 丝锥、板牙的磨损是指丝锥、板牙使用时间不长，其切削刃就被磨掉一部分，使牙型尺寸变小而无法使用。导致这种现象主要有以下两个原因。
- 基体硬度低
- 材料成分中C及合金元素含量低或碳化物不均匀分布可导致硬度低。淬火加热不足、表面脱碳、表面腐蚀都可使丝锥表面硬度降低而导致耐磨性不足。
- 磨削退火导致耐磨性下降
- 有时丝锥、板牙的基体硬度正常，但在切削时仍易磨损。在排除了被加工件异常的因素后，对参与切削加工的丝锥牙型进行了硬度测试，发现有一部分牙尖较软。经分析，发现由于磨削时吃刀过大，牙型温升太快，产生了磨削退火，导致牙尖硬度降低，耐磨性不够。经改进磨削工艺后，丝锥耐磨性显著提高。
4 丝锥失效的预防措施
- 精选材料 严格控制丝锥材料的化学成分、低倍组织及碳化物不均匀度。
- 优化工艺 焊接柄、刃部时加保护套，热处理时严防过热，回火一定要充分，磨削时要绝对防止磨削退火。
- 精心设计 截面尺寸有变化时要注意有圆角过渡，避免应力集中；柄、刃部对焊件焊口离柄刃交界处距离不能太小。
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