高速钢钻头断裂分析

2天明123

前段时间，我单位进行淬火的高速钢钻头在淬火回火后校正时断裂两件。
具体情况：钻头材料为W18Cr4V,料是60的圆料，长600mm，共20件，钻头为整体高速钢。淬火之前检查了变形。有几件变形较大，变形0.7-1.2mm，高温回火后，检查变形1.2-2.1mm，因此进行了热校。淬火前进行了550度低温预热，850度中温预热，1280度淬火（标准试料金相10.5级），560度回火然后柄部退火，零件变形很大，钻头变形0.8-6.7mm。钻头在淬火回火后校正（500度预热后热点）时断裂两件。后面因变形太大，变形超过3mm的钻头进行退火返修。退火后检查硬度小于28HRC.退火后校正时又有两件断裂。最后进行吹砂看裂纹时，发现有两件有裂纹。断裂基本是在钻头的中间部位（柄部和刃口之间）。我制作了试样，并拍了照片，请各位大侠帮我分析一下原因，谢谢。

fangqingfeng123

图示：
  (1)裂纹始源:A1、A2、A3、A4因早期裂纹较深、宽,所以台阶明显且平直,亦有反弧形迹象,但被虚线所示大弧形条纹切断,表明A1、A2、A3、A4裂纹均独自先期存在,在各自能量吸收及扩展的进程中相互接合、聚集,因不在同一平面上扩展,所以以台阶方式并存;A5 因早期裂纹较细、窄,台阶条纹较细小不明显,但随着扭转应力的递进,裂纹进一步扩展,在此基础上小台阶条纹得以扩展长大形成大弧形条纹;
  (2)裂纹扩展:B(方向:弧形虚线纹及箭头所示)由于构件的外表面存在早期损伤,而在扭应力特性下,表面受应力的各点均受正弦规律的连续交替拉、压应力,其表面应力幅度最大,其等弯矩截面上的早期裂纹A1、A2、A3、A4 、A5点便优先形成裂源进而扩展延伸,而各源之间以台阶相连接,各台阶在扩展过程中进一步放大形成独特的弧形条纹;条纹的弧形起决于扭转应力的方向;            
  (3)最后断裂C、D剪切唇)后期断面上出现了放射纹和剪切唇,表明此构件材料性质和受载特征,当机械性能相同时,加载速度越大时其放射纹越明显,或载荷相同载速度相当时构件材料越脆其放射纹越明显;而此构件在扭应力作用下,裂纹的扩展后期,由于有效承载截面的减少,使残区抗力增大,单位面应力陡增,从而在重载作用下发生快速断裂,出现了放射纹和剪切唇,最后在旋转下部分区域形成挤压重叠;

定断:校直裂纹

简言片语,所为引凤招凰,请笑讷

2天明123

断口照片为淬火、回火后校正时断裂钻头的，两张为同一截。
金相照片是在断裂钻头切下一小块做的。

西渡高速钢

    请将断裂后的两端，断口对合后，拍张照片补充一下。
    从断口形貌看，虽然属于脆性断口，但裂源位于断面的外缘，且多源萌生。——可能与工件外形和加工质量有一定关联。
    从已经展示的金相照片看，应该是纵向剖面的金相，表明碳化物呈带状分布，比较严重。
    建议补充横截面金相，看过热倾向达到何种程度，顺带观察一下淬火晶粒度，都拍出照片，500X的。
    回火级别，发上来的照片，估计大家看不清楚，只有自己现场观察判断较妥，也看一下，告知大家。
    待上述情况传上后，估计会有很多大侠就能相对准确帮你诊断了。

腊月寒沫

似乎截面断裂前就存在裂纹

2天明123

jiaojiaosai 发表于 2012-11-14 20:57
似乎截面断裂前就存在裂纹

是的，看了一下，应该不是淬火加热前的。我在发黑的部位取样，看这个位置的金相，没有发现氧化、脱碳。

2天明123

西渡高速钢 发表于 2012-11-14 20:02
请将断裂后的两端，断口对合后，拍张照片补充一下。
    从断口形貌看，虽然属于脆性断口，但裂源位于 ...

我觉得您分析得很有道理，您应该对高速钢热处理非常了解 。

西渡高速钢

2天明123 发表于 2012-11-15 18:57
我觉得您分析得很有道理，您应该对高速钢热处理非常了解 。

呵呵，不必客气。我只是希望，我的建议对你解决问题能有用。既然你相信我及其它筒子，可否按我建议，补充你该补充的内容，免得大家误判。

天地苍狼

4楼说的很好呢，又学到东西了！期待你们继续分析下去

qingchuan65

fangqingfeng123 发表于 2012-11-16 11:23
图示：
   (1)裂纹始源:A1、A2、A3、A4因早期裂纹较深、宽,所以台阶明显且平直,亦有反弧形迹象,但被虚线所 ...

见您的图示，分析得很有道理，但是该件仅是校直过程断裂，并未使用，扭转应力哪来的？

cmz

那个是不是带状组织，如果带状组织这么厉害的话是不是看看原始组织或者是原材料。

congcongck062

带状组织较为严重，不过你发的图片在边缘有原始裂纹，不知是不是淬火前就存在的，要是火前存在的估计淬火产生的应力叠加，尖角效应会引起校直过程的脆断，不过这样的长杆件，两端淬火的变形会使通过以后的校直更容易些，还有如楼上所说，你看一下回火程度及过热与否

fangqingfeng123

qingchuan65 发表于 2012-11-16 11:29
见您的图示，分析得很有道理，但是该件仅是校直过程断裂，并未使用，扭转应力哪来的？

扭应力的来源也正是你要去车间勘查的缘因，构件失效分析的基点也正是着眼于“点于构件，面向现场”原则，办公室里是见不到春光明媚万里晴空的，

紫琅人

同意4楼，10楼的看法，楼主不妨再提供一些有关资料，以便大家综合评论
初步看断口是脆性开裂断口，金相组织个人觉得不是很好，二次渗碳体和碳化物分布不是均匀，并呈带状分布，而且比较严重的一种，从图三看二次渗碳体有少量鱼骨状，觉得原始材料组织形态本身就不合理，也是造成开裂原因之一，校直方面不当也有开裂原因的。期待楼主提供有关的检测报告和金相组织等

cumtkxq

11楼根据断口分析的很是详细，我简单补充一下。
楼主应该弄清楚改钻头到底是何时发生的断裂
如果校直过程中发生的，11楼分析的裂纹源应该是在校直之前已经形成，也就是有可能在淬火或者锻造或者机加工时形成的，而且断口中的弧线不好解释由来，需要对其断裂过程详细了解。
如果是校直后使用过程中发生的断裂，那么弧线好解释，11楼分析的裂纹源在何时形成，需要分析其表面铁锈的成分，不过从其颜色看，可以盘算是热处理后校直过程中产生的，而且弧线的发散地也是一个裂纹源，应该说裂纹源在此处形成也需要分析此处是否有缺陷。
总之，不管哪一种情况下的断裂，楼主都要对现场在进行一个详细的了解。

fangqingfeng123

传个构件的全图来看看，还有你的校直机给个图片，不同的厂地生产的机器虽然构造相当但细枝末节可一定是一致的，

2天明123

谢谢大家的指教。我个人也觉得材料的碳化物的形状不好，有鱼骨状碳化物，碳化物带状偏析比较严重，这应该会加大淬火时刀具的变形，也会影响刀具的力学性能，只是不知道这个影响会有多大。

2天明123

紫琅人 发表于 2012-11-17 16:49
同意4楼，10楼的看法，楼主不妨再提供一些有关资料，以便大家综合评论
初步看断口是脆性开裂断口，金相组织 ...

分析得有道理，这些钻头断裂应该有多方面的原因，首先是材料本身的原因，另外校正操作不当也是一个方面。

2天明123

fangqingfeng123 发表于 2012-11-18 20:11
传个构件的全图来看看，还有你的校直机给个图片，不同的厂地生产的机器虽然构造相当但细枝末节可一定是一致 ...

首先要谢谢您，让您费心了。看得出您对零件失效分析很有研究，分析得很有条理。但这件钻头是校正时发生断裂的，应该扭力不大。我发一个我们用的校正机图片给您看看。钻头是先预热，再用校正机热点校正。

chunchun710

紫琅人 发表于 2012-11-17 16:49
同意4楼，10楼的看法，楼主不妨再提供一些有关资料，以便大家综合评论
初步看断口是脆性开裂断口，金相组织 ...

请问图中白色的为碳化物，二次渗碳体指哪个呀？谢谢了