双金属带锯条裂纹分析
双金属带锯条表面裂纹分析
双金属带锯条是由高速钢和合金弹簧钢经真空电子束焊接后,再经过一系列冷、热加工工序制造的先进复合锯切下料工具.双金属带锯条是靠张紧于带锯床两个主、从动轮上,作扭转45°~90°的环行运动.在实际使用中,该双金属带锯条处于周期性的拉伸、冲击、弯曲以及扭转复杂应力状态,此外,还处于含6%HC-1锯床切削乳化剂水溶液中,服役条件恶劣,因此要求双金属带锯条的刃尖切削与耐磨性能好,基体强度与抗疲劳性能高.
今年,双金属带锯条曾发生小批量质量问题,即在基体表面过早地出现疲劳裂纹.为此,对双金属带锯条基体表面裂纹的形成原因进行了检测分析.
2 检测仪器
在德国NEOPHOT21显微镜上进行表面裂纹宏观观察,在POLYVAR光学显微镜及其附件Mef3显微硬度仪上进行组织观察与显微硬度测量,在日本JSM25600LV扫描电镜(SEM)及能谱仪上进行断口形貌观察与能谱分析(EDS).
3 检测结果
双金属带锯条基体的疲劳断口形貌观察以及能谱分析结果表明,基体表面存在着含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3复合氧化物夹杂组成的微凹坑,是表面裂纹形成的主要原因.表面微凹坑的产生,可能是基体合金在炼钢中使用的脱氧剂、保护渣或热轧过程中产生的氧化物等夹杂残留于基体中,随后冷轧时,由于夹杂物与基体之间热膨胀系数相差较大以及界面结合力不强,导致变形不协调,结果在钢带表面产生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂纹,可引起局部应力集中.最初,由于微裂纹尺寸小,应力强度因子K低,故微裂纹扩展缓慢.在随后的锯切中,由于应力和腐蚀介质(主要是水溶液的作用)的联合影响,裂纹在以应力腐蚀为主的、腐蚀疲劳机制协同作用下扩展,相应的断口形貌特征为沿晶开裂.随着裂纹进一步扩展,应力强度因子K也随之增大,应力腐蚀作用相对减弱,腐蚀疲劳机制占主导,相应的断口形貌特征为沿晶开裂向穿晶断裂方式的过渡.锯切试验表明,裂纹源通常萌生于基体表面,并且疲劳裂纹形核寿命约占双金属带锯条总使用寿命的55%.由此可见,基体表面质量是影响双金属带锯条使用寿命的重要因素之一.
双金属带锯条是由高速钢和合金弹簧钢经真空电子束焊接后,再经过一系列冷、热加工工序制造的先进复合锯切下料工具.双金属带锯条是靠张紧于带锯床两个主、从动轮上,作扭转45°~90°的环行运动.在实际使用中,该双金属带锯条处于周期性的拉伸、冲击、弯曲以及扭转复杂应力状态,此外,还处于含6%HC-1锯床切削乳化剂水溶液中,服役条件恶劣,因此要求双金属带锯条的刃尖切削与耐磨性能好,基体强度与抗疲劳性能高.
今年,双金属带锯条曾发生小批量质量问题,即在基体表面过早地出现疲劳裂纹.为此,对双金属带锯条基体表面裂纹的形成原因进行了检测分析.
2 检测仪器
在德国NEOPHOT21显微镜上进行表面裂纹宏观观察,在POLYVAR光学显微镜及其附件Mef3显微硬度仪上进行组织观察与显微硬度测量,在日本JSM25600LV扫描电镜(SEM)及能谱仪上进行断口形貌观察与能谱分析(EDS).
3 检测结果
双金属带锯条基体的疲劳断口形貌观察以及能谱分析结果表明,基体表面存在着含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3复合氧化物夹杂组成的微凹坑,是表面裂纹形成的主要原因.表面微凹坑的产生,可能是基体合金在炼钢中使用的脱氧剂、保护渣或热轧过程中产生的氧化物等夹杂残留于基体中,随后冷轧时,由于夹杂物与基体之间热膨胀系数相差较大以及界面结合力不强,导致变形不协调,结果在钢带表面产生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂纹,可引起局部应力集中.最初,由于微裂纹尺寸小,应力强度因子K低,故微裂纹扩展缓慢.在随后的锯切中,由于应力和腐蚀介质(主要是水溶液的作用)的联合影响,裂纹在以应力腐蚀为主的、腐蚀疲劳机制协同作用下扩展,相应的断口形貌特征为沿晶开裂.随着裂纹进一步扩展,应力强度因子K也随之增大,应力腐蚀作用相对减弱,腐蚀疲劳机制占主导,相应的断口形貌特征为沿晶开裂向穿晶断裂方式的过渡.锯切试验表明,裂纹源通常萌生于基体表面,并且疲劳裂纹形核寿命约占双金属带锯条总使用寿命的55%.由此可见,基体表面质量是影响双金属带锯条使用寿命的重要因素之一.
