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1、 本科毕业设计（论文）外文参考文献译文及原文学 院 专 业 年级班别 学 号 学生姓名 WORD2007 指导老师 2016年5月 目 录译文11原文117译文231原文245译文1：汽车零部件热锻模具失效分析Failure analysis of hot forging dies for automotive componentsRyuichiro Ebara a,*, Katsuaki Kubota ba：Department of Mechanical System Engineering, Hiroshima Institute of Technology, 2-1-1, Miyake
2、, Saeki-ku, Hiroshima 731-5193, Japanb ：Nichidai Corporation, 14, Shiotani, Zenjoji, Ujitawara-cho, Tsuzuki-gun, Kyoto 610-0201, JapanReceived 16 October 2007; accepted 19 October 2007Available online 4 November 2007摘 要本文主要概述影响汽车零部件热锻模具失效的原因和影响变量，热锻模具的失效特征，强调微观断口对热锻模失效分析的重要作用。然后分析了热锻模具失效实例，以及针对影响变量如
3、模具材料、模具设计、模具制造和锻造操作提出对策。最后就汽车零部件的热锻模具失效分析工程失败提出几个对策并进行简要说明。关键词：热锻模，断口，拉伸的区域，低周疲劳，热疲劳1 引 言汽车零部件的热锻模具失效是由于模具材料、模具设计、模具制造和锻造操作等变量的不充分性造成的。为了防止模具失效和提高模具寿命，到目前为止已经做了很多尝试。本文主要从作者的实验结果对汽车动力部件热锻模具的失效分析工程失败的几个重要问题进行简要总结，在影响变量和汽车零部件模具失效的原因进行了分类。汽车零部件热锻模失效的宏观特性被视为汽车零部件热锻模具的代表。在工程热锻模具的失效分析，强调了断口重要作用。然后分析热锻模具失效原
4、因的例子，介绍应对影响变量的措施，如模具材料、模具设计、 模具制造及锻造操作。最后，对未来解决汽车零部件热锻模具工程失效分析的问题进行简要描述。2 热锻模具的宏观特性及失效原因分析绝大多数的热锻模具的失效主要由不完全影响变量如模具材料、模具设计、模具制造和锻造操作引起的。引起热锻模具的失效的原因和影响变量分类如表1所示。热锻模具失效经常出现在应力集中的角落。图1为一个典型失效的热锻模具。从宏观的断裂面，可以很容易地判断脆性破坏由角落发起。这些裂缝经常在热锻模具的肘杆、控制连接杆、汽车零部件曲轴和凸缘被观察到。然而，据低倍放大观察，绝大多数裂缝由于机械疲劳和热疲劳开始从角落发生脆性断裂。这些失效
5、特征在汽车部件热锻模具的转向节、凸缘、凸轮轴与汽轮机叶片出现。图2为由SKT4钢制造的凸缘轭在2000次锻造操作后的断裂面。可以很容易地发现，冲击破坏深度为从表面开始往下2.6毫米。图3为一个典型的热锻模具的热裂纹连接杆。这些表面裂纹主要由锻造产品的质量原因引起。图4和图5分别为观察节锻模表面裂纹和锻造节表面上观察到的表面裂纹。图1 汽车用节锻模具的宏观断裂面，箭头A和B显示裂纹起始点，SKD62。图2 凸缘轭锻模断裂面（箭头所示为MnS的冲击破坏作用点）表1 热锻模具的失效原因和影响变量影响变量失效原因模具材料低锻造比非金属夹杂物清洁度不够热处理模具设计小圆角半径充填不够模具的宽度和厚度较短
6、外型性能不够模具制造精度不够表面处理不充分电火花引发不规则表面焊接修复锻造操作预热处理不充分模具工作尺寸不够钢锭不充分加热润滑不足3 故障分析过程和热锻模具失效分析微观断口的作用热锻模具失效分析过程与传统机械零件失效分析方法基本一致。调查过程如图6所示。首先，热锻模具的失效情况及其相关的数据可以被查取；然后，对热锻模具进行宏观观察。分别研究锻造设备、模具的制造工艺和锻造模具钢等影响变量对热锻模具的失效影响，针对失效原因进行详细地失效分析。如果有必要，可对热锻模具进行模拟试验，在可控范围内制定对策。在详细分析的过程中进行微观观察。到目前为止，相比传统的机械和结构，微观断口并不常用在热锻模具的失效
7、方面。有两点原因，首先，如前面提到的脆性断裂，可以很容易地用肉眼观察在断面上识别出来；第二，有几个基本的微观断口形式失效，包括锻造模具钢在内的硬质材料。图3 连杆热锻模具失效图4 热锻模具失效，“a”为发现在热锻模具上的小裂缝因此，对热锻模具钢进行拉伸、冲击、低循环疲劳和热疲劳试验，对每个基本微观断口数据采用实验4-6 。对2毫米U型缺口夏比冲击试样裂纹进行示波冲击试验。图7为SKD 61钢动态冲击断裂韧度K1d关于的试验温度的函数，最大组K1d 达到573 K，韧脆转变温度为423 K。图8为SKD62钢的冲击断口。在室温下观察到解理断裂（图8a），在673 K观察到韧窝（图8b）。一般热锻
8、模具钢的韧脆转变温度在373K423K范围内。以解理和沿晶断裂为主的钢材的韧脆性转变温度比混合模式温度下的温度低，而以韧窝为主的钢材的韧脆转变温度具有更高的温度比。因此，利用这些冲击断口的微观特征可以定性鉴别断裂面是否为冲击韧性或脆性断裂。图9为观察锤锻模具钢SKT4拉伸区和冲击断口，测试温度越高，拉伸带宽度越宽。图10为一组K1d 与拉伸区宽度的函数。正如所提及的热锻模具失效后的温度可以通过测量拉伸断裂面宽度来定量测定。图5 节锻件发现的小裂纹，箭头显示为锻造时发现的小裂纹图6 热锻模具失效分析方法图7 动态断裂韧度K1d与测试温度函数图8 冲击断口，SKD62：（a）RT；（b）673 K
9、。对于应力集中的圆形缺口圆棒试样的低周疲劳寿命试验系数，室温下为2.3，573 K，1CT时，试样在室温下的裂纹扩展试验，SKD62钢在473 K和723 K温度下进行的实验。在低循环疲劳寿命试验中，观察试件条纹断口结果，确定失效的周期数大于100（图1d）。失效次数低于10时，在疲劳裂纹萌生区可观察到的韧窝（图11B）。图9 延伸区，SKD62 ：（a）RT；（b）673 K. SZ：拉伸区，F：疲劳区，C：解理区，D：韧窝区。图10 动态断裂韧度K1d与拉伸区的宽度函数纹主要出现在裂纹扩展测试的试样在室温、473 K和723 K的断裂表面。在对SKD62钢板试样热疲劳试验结果分析，采用实验
10、室自制的热疲劳试验装置的加热温度增加，裂纹萌生的周期数下降。图11 低周疲劳断裂面。（a、b）轴向应力：1274.9MPa，循环次数：7；（c,d）轴向应力：1029.7MPa，循环次数：1.4103；（b，d）为（a、c）的放大图，箭头指示为裂纹扩展方向。热疲劳裂纹穿晶扩展路径和条纹状图案的主要出现在图12。图13为反向齿轮热锻模具在1000次热锻后的失效断裂面，热疲劳裂纹在表面上明显地出现。此外，条纹或条纹状图案可在断裂面可见。这些条纹或条纹状图案与那些在图12中观察到的非常相似，热疲劳断裂可定量识别条纹状图案。使用循环的热锻模的疲劳失效次数和热疲劳条纹间距进行定量分析是将来的问题。4 热
11、锻模具失效原因分析及对策4.1 热锻模具由锻造模具钢引起失效断裂韧性是热锻模具钢的重要力学性能之一。众所周知，断裂韧性不同于取向锭。锤锻模具钢SKT4 不同方向冲击试验结果表明：2毫米U型缺口夏比冲击值在573 K时有40%的数据不同。因此在热锻模设计时，必须考虑由模具钢所采取的锻造比和流量方决定模具的重力方向。图2中的1毫米长度的非金属夹杂物MnS可以在冲击破坏起始点观察。D6400钢的清洁度为0.083，为正常值，这种钢的显微组织也很正常。这种失效是由不当的锻造比引起的。对锻造比和锻件数量的控制，可以阻止这一失效。抗磨损性能和机械加工性能也是热锻模具钢的重要属性。通过对熔融热锻模具钢热处理
12、的小心控制可以防止热锻模具失效。图12 试样的热疲劳断裂面（a）、加热温度：673K，循环次数：100；（b）、加热温度：873K，循环次数：100。4.2由模具设计引起热锻模具失效大部分热锻模具失效都是从拐角处开始。因此在模具设计中对拐角尺寸的测定是非常重要的。SKD62钢圆棒U型缺口试样的低周疲劳试验在应力集中系数1.42.6进行。图14为104个周期的疲劳强度和应力集中系数的关系。提高应力集中系数，疲劳强度在104次循环时降低。热锻模具钢的低周疲劳强度与热锻模具的疲劳强度不完全一致。然而，由热锻模具的机械重复载荷和应力集中系数引起的裂纹萌生应力的关系可以认为几乎相同。为了防止热锻模的失效
13、，拐角尺寸必须非常仔细地确定。4.3 由模具制造引起的热锻模具失效Tufftride 和离子氮化等表面处理方法被频繁地用于防止热锻模具失效，延长模具寿命。很明显，表面处理如涂Tufftride和离子氮化在高应力区不能达到预期效果，如图15所示。表2中总结了预期改善的应力和循环次数。二者的差异在于表面处理的疲劳强度取决于表面硬度、淬火硬化层深度和淬硬层的性能。图13 热锻模具的热疲劳断裂面：（a）、起始；（b）、表面0.75mm处。图14 104次循环疲劳强度与应力集中系数的函数图15 SKD62钢低周疲劳强度表面硬化效应表2 表面硬化对低循环疲劳强度的影响表面处理rcrbNc循环离子氮化(773 K 30 h)0.793103离子氮化(723 K 30 h)0.735103软氮化 (823 K 12 h)0.637103rc：预期应力的表面硬化影响，rb：抗拉强度，Nc：表面硬化影响的预计周期次数。图16 预期表面硬化效应与应力集中系数之间的函数关系图16为改善预期应力与表面处理和应力集中系数之间的关系。热锻模具表面处理对低应力集中系数的影响。4.4 锻
