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                        機用絲錐早期失效的分析與預防(1)

  摘要:總結了機用絲錐早期失效的三種形式:斷裂、崩刃及非正常磨損,并分別對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析,提出了解決絲錐、板牙早期失效的措施。

  關(guān)鍵詞:機用絲錐,失效,預防

  高速鋼絲錐、板牙是廣泛用于瑪鋼管件、不銹鋼管件、閥門(mén)、石油機械、壓力容器等各種機械零件內外縲紋加工的高效加工工具。由于被加工件強度高或被加工件質(zhì)量不穩定,再加上絲錐、板牙制造過(guò)程中出現的一些問(wèn)題,往往導致機用絲錐、板牙的早期失效。機用絲錐、板牙的主要失效形式包括斷裂、崩刃、磨損等。由于以這三種方式失效的絲錐、板牙都遠未達到正常的使用壽命,因此造成較大的經(jīng)濟損失,F分別進(jìn)行分析。

  1.斷裂

   斷裂主要發(fā)生在絲錐上(板牙較少發(fā)生斷裂),一般是沿絲錐整個(gè)橫截面裂開(kāi)。筆者通過(guò)對大量絲錐斷裂失效案例的分析,認為絲錐斷裂的主要原因有以下幾個(gè)方面。

(1)焊接不良

   為節省昂貴的高速鋼,絲錐柄、刃分別采用45鋼與高速鋼經(jīng)摩擦對焊而成。大量的絲錐斷裂是由于焊接不牢造成的。絲錐的焊接質(zhì)量主要由焊接摩擦壓力、摩擦時(shí)間、頂鍛壓力及頂鍛時(shí)間決定。摩擦階段要使45鋼和高速鋼接觸面上的低熔點(diǎn)化合物等有害雜質(zhì)都被擠出,最后在適當的頂鍛壓力下擠壓在一起。

   焊接時(shí),由于45鋼在高溫下強度很底,在摩擦壓力下會(huì )產(chǎn)生很大的壓縮變形,形成很大的翻邊;而高速鋼由于有足夠強度使翻邊很小,這就使待焊表面高速鋼一側的低熔點(diǎn)化合物未被完全擠出,焊后容易產(chǎn)生裂紋,在絲錐使用過(guò)程中裂紋擴展造成斷裂。

   此外,絲錐焊接后如果消除應力不及時(shí),也很容易在熱影響區產(chǎn)生斷裂。

   因此,在生產(chǎn)中我們采用在45鋼一端加保護套的方法解決上述問(wèn)題。由于保護套限制了45鋼被過(guò)量壓縮,保證了焊接時(shí)摩擦壓力傳遞到高速鋼一側,使其翻邊增大,接觸面上的有害雜質(zhì)被擠出來(lái),焊接很牢固。同時(shí)焊接后要立即將絲錐投入到保溫爐中退火,以消除焊接應力。

(2)結構不合理

   若絲錐結構設計不合理也會(huì )造成斷裂。
①絲錐有效截面積過(guò)小,導致單位截面積承載力過(guò)大,超過(guò)絲錐強度極限時(shí)發(fā)行的斷裂。
②絲錐截面過(guò)渡處尺寸差別太大或沒(méi)有設計過(guò)渡圓角導致應力集中,使用時(shí)易在應力集中處發(fā)生斷裂。柄、刃交界處的截面過(guò)渡處離焊口距離太近,導致復雜的焊接應力與截面過(guò)渡處的應力集中相迭加,產(chǎn)生較大的應力集中,導致絲錐在使用中斷裂。

(3)熱處理工藝不當

   絲錐熱處理時(shí),若淬火加熱前不經(jīng)預熱、淬火過(guò)熱或過(guò)燒、不及時(shí)回火及清洗過(guò)早都有可能導致絲錐產(chǎn)生裂紋。

(4)使用不當

   絲錐在使用中遇到高硬工件、尺寸不規范工件或加工時(shí)絲錐與被加工件不同心,導致扭力過(guò)大,也可能導致絲錐折斷。

  2.崩刃
   崩刃是絲錐、板牙使用中早期失效的另一種主要形式,其表現為切削刃崩掉,絲錐、板牙無(wú)法正常使用。導致絲錐崩刃的因素很多,主要有以下幾個(gè)方面:

(1)原材料質(zhì)量問(wèn)題

   我廠(chǎng)采用W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V作為制造絲錐、板牙的原材料,經(jīng)淬火、回火后硬度一般在64~66HRC,材料脆性很高,強韌性較低。當原材料中化學(xué)成分C及雜質(zhì)S、P、Si、Mn超標時(shí),會(huì )使絲錐脆性增大;當低倍組織中存在夾雜氣孔、組織疏松時(shí),也會(huì )使材料脆性增加,造成絲錐使用時(shí)崩刃。

   原材料碳化物不均勻度過(guò)大,絲錐也容易崩刃。若材料組織中出現大塊碳化物,絲錐使用過(guò)程中大塊碳化物處會(huì )產(chǎn)生集中應力,使大塊碳化物脫落,造成崩刃。若一次碳化物出現網(wǎng)狀分布,由于碳化物網(wǎng)對基體有割裂作用,因此也易使絲錐崩刃。通過(guò)對實(shí)際使用中出現崩刃和完好無(wú)損的絲錐切削刃進(jìn)行金相觀(guān)察,發(fā)現未崩刃的絲錐中碳化物細小、圓整、分布均勻,而發(fā)生崩刃的絲錐中碳化物分布不均、呈堆積狀或顆粒較大。

(2)熱處理不當

   絲錐熱處理不當如淬火加熱溫度過(guò)高、回火不充分等都會(huì )導致崩刃現象。

   絲錐熱處理時(shí)如出現過(guò)熱,其組織晶粒度將變粗大。經(jīng)驗表明:淬火晶粒度大于9.5級時(shí),材料組織的脆性將增大。而熱處理嚴重過(guò)熱時(shí),組織中的碳化物將在晶粒邊界聚集后析出,碳化物出現脫尾,甚至出現半網(wǎng)狀碳化物。這樣的組織使得絲錐、板牙變得非常脆,使用時(shí)容易崩刃。

   此外,絲錐淬火后的回火也很關(guān)鍵。如果回火不充分,組織中殘余奧氏體較多。由于絲錐、板牙加工螺紋時(shí)切削阻力很大,絲錐與工件接觸部分溫度很容易升高,當再次冷卻時(shí),組織中未轉變的殘余奧氏體將會(huì )有一部分轉變成馬氏體。這部分馬氏體在絲錐下次使用前是未經(jīng)回火的,而未經(jīng)回火的馬氏體非常脆,容易導致崩刃的發(fā)生。

   我們在質(zhì)量檢測中針對回火爐內溫度分布不均勻造成一部分絲錐回火不充分的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)采用560℃×1小時(shí)三次回火,使絲錐全部達到充分回火,大大減少了崩刃現象。

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