雙金屬帶鋸條裂紋分析
雙金屬帶鋸條表面裂紋分析
雙金屬帶鋸條是由高速鋼和合金彈簧鋼經(jīng)真空電子束焊接后,再經(jīng)過一系列冷、熱加工工序制造的先進復(fù)合鋸切下料工具.雙金屬帶鋸條是靠張緊于帶鋸床兩個主、從動輪上,作扭轉(zhuǎn)45°~90°的環(huán)行運動.在實際使用中,該雙金屬帶鋸條處于周期性的拉伸、沖擊、彎曲以及扭轉(zhuǎn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài),此外,還處于含6%HC-1鋸床切削乳化劑水溶液中,服役條件惡劣,因此要求雙金屬帶鋸條的刃尖切削與耐磨性能好,基體強度與抗疲勞性能高.
今年,雙金屬帶鋸條曾發(fā)生小批量質(zhì)量問題,即在基體表面過早地出現(xiàn)疲勞裂紋.為此,對雙金屬帶鋸條基體表面裂紋的形成原因進行了檢測分析.
2 檢測儀器
在德國NEOPHOT21顯微鏡上進行表面裂紋宏觀觀察,在POLYVAR光學(xué)顯微鏡及其附件Mef3顯微硬度儀上進行組織觀察與顯微硬度測量,在日本JSM25600LV掃描電鏡(SEM)及能譜儀上進行斷口形貌觀察與能譜分析(EDS).
3 檢測結(jié)果
雙金屬帶鋸條基體的疲勞斷口形貌觀察以及能譜分析結(jié)果表明,基體表面存在著含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3復(fù)合氧化物夾雜組成的微凹坑,是表面裂紋形成的主要原因.表面微凹坑的產(chǎn)生,可能是基體合金在煉鋼中使用的脫氧劑、保護渣或熱軋過程中產(chǎn)生的氧化物等夾雜殘留于基體中,隨后冷軋時,由于夾雜物與基體之間熱膨脹系數(shù)相差較大以及界面結(jié)合力不強,導(dǎo)致變形不協(xié)調(diào),結(jié)果在鋼帶表面產(chǎn)生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂紋,可引起局部應(yīng)力集中.最初,由于微裂紋尺寸小,應(yīng)力強度因子K低,故微裂紋擴展緩慢.在隨后的鋸切中,由于應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)(主要是水溶液的作用)的聯(lián)合影響,裂紋在以應(yīng)力腐蝕為主的、腐蝕疲勞機制協(xié)同作用下擴展,相應(yīng)的斷口形貌特征為沿晶開裂.隨著裂紋進一步擴展,應(yīng)力強度因子K也隨之增大,應(yīng)力腐蝕作用相對減弱,腐蝕疲勞機制占主導(dǎo),相應(yīng)的斷口形貌特征為沿晶開裂向穿晶斷裂方式的過渡.鋸切試驗表明,裂紋源通常萌生于基體表面,并且疲勞裂紋形核壽命約占雙金屬帶鋸條總使用壽命的55%.由此可見,基體表面質(zhì)量是影響雙金屬帶鋸條使用壽命的重要因素之一.
雙金屬帶鋸條是由高速鋼和合金彈簧鋼經(jīng)真空電子束焊接后,再經(jīng)過一系列冷、熱加工工序制造的先進復(fù)合鋸切下料工具.雙金屬帶鋸條是靠張緊于帶鋸床兩個主、從動輪上,作扭轉(zhuǎn)45°~90°的環(huán)行運動.在實際使用中,該雙金屬帶鋸條處于周期性的拉伸、沖擊、彎曲以及扭轉(zhuǎn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài),此外,還處于含6%HC-1鋸床切削乳化劑水溶液中,服役條件惡劣,因此要求雙金屬帶鋸條的刃尖切削與耐磨性能好,基體強度與抗疲勞性能高.
今年,雙金屬帶鋸條曾發(fā)生小批量質(zhì)量問題,即在基體表面過早地出現(xiàn)疲勞裂紋.為此,對雙金屬帶鋸條基體表面裂紋的形成原因進行了檢測分析.
2 檢測儀器
在德國NEOPHOT21顯微鏡上進行表面裂紋宏觀觀察,在POLYVAR光學(xué)顯微鏡及其附件Mef3顯微硬度儀上進行組織觀察與顯微硬度測量,在日本JSM25600LV掃描電鏡(SEM)及能譜儀上進行斷口形貌觀察與能譜分析(EDS).
3 檢測結(jié)果
雙金屬帶鋸條基體的疲勞斷口形貌觀察以及能譜分析結(jié)果表明,基體表面存在著含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3復(fù)合氧化物夾雜組成的微凹坑,是表面裂紋形成的主要原因.表面微凹坑的產(chǎn)生,可能是基體合金在煉鋼中使用的脫氧劑、保護渣或熱軋過程中產(chǎn)生的氧化物等夾雜殘留于基體中,隨后冷軋時,由于夾雜物與基體之間熱膨脹系數(shù)相差較大以及界面結(jié)合力不強,導(dǎo)致變形不協(xié)調(diào),結(jié)果在鋼帶表面產(chǎn)生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂紋,可引起局部應(yīng)力集中.最初,由于微裂紋尺寸小,應(yīng)力強度因子K低,故微裂紋擴展緩慢.在隨后的鋸切中,由于應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)(主要是水溶液的作用)的聯(lián)合影響,裂紋在以應(yīng)力腐蝕為主的、腐蝕疲勞機制協(xié)同作用下擴展,相應(yīng)的斷口形貌特征為沿晶開裂.隨著裂紋進一步擴展,應(yīng)力強度因子K也隨之增大,應(yīng)力腐蝕作用相對減弱,腐蝕疲勞機制占主導(dǎo),相應(yīng)的斷口形貌特征為沿晶開裂向穿晶斷裂方式的過渡.鋸切試驗表明,裂紋源通常萌生于基體表面,并且疲勞裂紋形核壽命約占雙金屬帶鋸條總使用壽命的55%.由此可見,基體表面質(zhì)量是影響雙金屬帶鋸條使用壽命的重要因素之一.
