搓絲板的搓絲板失效形式及原因:
搓絲板最常見的失效形式主要有:疲勞破壞、磨損、崩刀、堆牙、牙紋剝落等。
搓絲板的失效形式主要由於冷加工、熱加工和用戶使用不當造成。 (1)螺紋亂扣,主要是因為螺旋線不直,制造時搓絲板發生軸向位移。
(2)牙型剝落,滾制螺紋時發生錯位造成牙型夾皮和雙牙尖,主要是因為滾制時間過長和反復多次重復,或者牙型的機構不合理,如齒頂太尖、齒根或直角和機械加工不良,或磨削速度與進給量過大及潤滑冷卻不良造成磨糊和出現顯微裂紋等缺陷;搓絲板出廠前退磁不徹底,服役時牙紋吸附細鐵末,致使牙紋相互研磨等均會影響使用壽命。 (1)氧化脫碳——搓絲板螺紋滾壓加工成品後最終熱處理,若在非保護氣氛爐中加熱易導致氧化脫碳。鋼材脫碳因氧化作用使鋼材料表面碳量減少現象。當氧化速度比碳(C)向金屬外層擴散速度小時則發生脫碳,反之,氧化速度比碳向金屬外層擴散速度大時則發生氧化,形成氧化鐵皮剝落。脫碳形成的鐵素體晶粒組織有柱狀晶粒脫碳和粒狀晶粒脫碳兩種形式,導致降低硬度,降低耐磨性和疲勞強度,服役時造成堆牙和整片牙紋剝落等早期失效。因加熱時爐內存在O2、CO2、H2O等氣體與鋼中鐵(Fe)發生化學反應:
2Fe+O2→2FeO
Fe+CO2→FeO+CO
H2[O]+H2+3Fe+4[O]→ Fe3O4
2Fe+3[O] →Fe2O3
Fe2O3+mH2O→ Fe2O3·mH2O
鋼在爐氣作用下,鋼中碳(C)便和爐氣發生化學反應,使模具脫碳。化學反應式:
Fe(C)+1/2O→2Fe+CO
Fe(C)+2H2O →Fe+CH4+O2
2Fe(C)+CO2→2Fe+2CO
Fe(C)+H2O →Fe+H2+CO
奧氏體晶粒粗大——因淬火加熱溫度過高和保溫時間過長或儀表控溫不準與預備熱處理不當,原始組織未得到細化等原因,導致奧氏體晶粒顯著長大至5~6級(要求10.5~11.0級)。鋼奧氏體晶粒定為13級,1級最粗,13級最細。1~3級為粗晶粒,4~6級為中等粗晶粒,1~4級均為過熱奧氏體晶粒,力學性能低劣,7~9級為細晶粒,10~13級為超細晶粒。晶粒愈細,鋼的強韌性愈好,綜合力學性能愈佳,淬火獲得要求的隱晶馬氏體;晶粒愈粗,鋼的強韌性愈差,淬火得到脆性大的粗馬氏體組織,易導致牙型剝落與崩刃失效。但也不宜降低淬火加熱溫度與硬度來獲得強韌性,因會導致牙齒耐磨性降低。畸變——鋼材雖經軋制,Cr12型鋼中***晶碳化物有壹定程度破碎,但沿軋制方向呈帶狀分布,導致性能和畸變有明顯方向性,因此,必須進行改鍛,擊碎***晶碳化物,使之≤3級,並使鍛造纖維組織無定向分布,可有效降低畸變。其次,搓絲板齒形是滾壓成形的,表面存在較大內應力,在滾壓過程中,因受力不均勻和金屬流動各部位不壹致,易導致齒形面與底平面平行度發生畸變,必須嚴格工藝,控制畸變在允許範圍內。
腐蝕——Cr12型鋼屬高碳高鉻萊氏體鋼,組織中有(Fe·Cr)7C3型***晶碳化物偏析嚴重,壹般為3~7級,經反復多次雙十字形鐓拔鍛造可降低2~3級,該模要求***晶碳化物≤3級,最佳1~2級。試驗表明,腐蝕程度隨***晶碳化物偏析與鋼材增大愈嚴重(如下表)
表1實驗表明,必須嚴格選材,其***晶碳化物≤1~2級最佳,不合格者不投產,或通過改鍛達標,產品應在真空電爐、保護氣氛爐和使用TiO2+SiC高溫脫氧劑充分脫氧鹽浴爐中進行淬火加熱。 當兩只模具對位不正,搓絲發生軸向位移,使牙紋受到擠壓和剪切兩種應力作用;被搓螺紋坯件硬度過高和不均勻或被搓螺紋坯件淬火後未經回火混入;被搓螺紋坯件帶有氧化皮、砂輪粒子及汙物和未加潤滑劑等均會導致崩牙與早期磨損失效。研究表明,GW30合金有比Cr12型鋼更高的硬度、耐磨性和微小畸變,又可進行冷熱加工,熱處理強化和鍛壓形變,填補了硬質合金與工模具熔煉鋼之間的空白。