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自行车飞轮零件及其成型模具的失效分析与加工工艺改进

作　者: 李伟
导　师: 刘庆锁
学　校: 天津理工大学
专　业: 材料学
关键词: 冷挤压模具十四齿飞轮齿片显微组织显微硬度应力积累断裂失效
分类号: U484
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以某自行车集团多飞飞轮轮芯冷挤压模具的凸模及该集团生产的十四齿飞轮齿片为研究对象,采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察及显微硬度测定等分析探讨了自行车多飞飞轮轮芯冷挤压凸模及十四齿齿片断裂失效的原因并对模具加工工艺与齿片零件生产工艺提出了改进措施。对于多飞飞轮轮芯冷挤压凸模,显微组织观察发现,失效模具的显微组织中明显存在不均匀带状分布的碳化物;断口形貌及裂纹附近EDS测试分析表明,碳化物集中区为断裂裂纹发生区。模具组织中存在不均匀带状分布的碳化物是产生断裂失效的内在原因,而模具在冷挤压成型过程中形成的应力积累是导致模具在碳化物集中区断裂失效的外在诱因。建议:①进厂模具原材料进行改锻处理。②模具淬、回火温度分别调整为1210℃与560℃。③使用过程中,挤压零件3500件左右,卸下凸模,280℃去应力回火2h。针对十四齿飞轮齿片零件的渗层及碳含量分布特点进行分析,并与日本西马诺产品比较,结果表明,对于冷挤压成型的自行车飞轮齿片毛坯,由于齿片齿牙从齿顶至齿根各区域的变形状态不同,直接渗碳处理后,对应各区域的渗层不均匀,且在高碳势渗碳处理条件下表层易于形成主要由脆性碳化物相构成的白亮区(即过渗区),特别使齿根区域渗层过渗区尺寸及显微硬度值过高而成为零件受力断裂主要源区。建议:①对冷挤压成型后的齿片在渗碳热处理前进行一次退火工艺,退火温度为650℃、保温时间10min。②渗碳过程中,初、末碳势分别调整为0.85及0.80(C%)。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 冷挤压模具用材  10
  1.2 冷挤压模具加工工艺  10-12
    1.2.1 冷挤压模具挤压形式  11-12
    1.2.2 冷挤压飞轮模具热处理工艺  12
  1.3 冷挤压模具失效形式  12-13
    1.3.1 模具失效定义  12-13
    1.3.2 冷挤压模具典型失效形式  13
  1.4 冷挤压模具失效分析  13-15
    1.4.1 断口分析  14
    1.4.2 冷挤压模具失效案例  14-15
  1.5 自行车飞轮研究  15-16
    1.5.1 自行车飞轮齿片的性能要求  16
    1.5.2 自行车多飞飞轮齿片材料、硬度与强度选择  16
  1.6 自行车多飞飞轮齿片零件加工工艺  16-17
    1.6.1 冷挤压加工工艺  16-17
    1.6.2 多飞飞轮齿片零件热处理工艺  17
  1.7 自行车多飞飞轮零件失效形式  17-18
    1.7.1 自行车多飞飞轮零件失效形式  17-18
    1.7.2 失效案例分析  18
  1.8 本课题的研究内容与意义  18-20
    1.8.1 本课题的研究内容  18-19
    1.8.2 本课题的研究意义:  19-20
第二章实验方法及工艺  20-25
  2.1 实验工艺路线  20-21
  2.2 实验材料选取  21-22
  2.3 显微组织观察  22-23
    2.3.1 金相组织观察  22-23
    2.3.2 断口SEM 形貌观察及EDS 能谱测试  23
  2.4 显微硬度测试  23-25
第三章自行车飞轮轮芯冷挤压模具失效分析  25-39
  3.1 模具承受冷挤压力的估算  25-27
  3.2 飞轮模具生产工艺分析  27-29
    3.2.1 模具生产流程分析  27-28
    3.2.2 飞轮轮芯冷挤压凸模的结构设计分析  28-29
  3.3 失效模具宏观状态分析  29-30
  3.4 失效模具显微组织分析  30-33
    3.4.1 飞轮模具原材料组织结构特点  30
    3.4.2 断口处光学组织分析  30-31
    3.4.3 模具断口处SEM 分析  31-32
    3.4.4 裂纹附近成分测定  32-33
  3.5 自行车飞轮模具淬回火工艺分析  33-34
  3.6 模具失效原因探讨  34-35
  3.7 自行车飞轮模具加工工艺改进措施  35-38
    3.7.1 W_6M0_5Cr_4V_2模具钢锻造工艺改进  35-36
    3.7.2 模具淬火与回火工艺改进  36-38
    3.7.3 工作过程中的去应力回火  38
  3.8 自行车飞轮模具加工工艺改进的效果  38
  3.9 本章小结  38-39
第四章自行车飞轮零件断裂原因分析  39-48
  4.1 冷挤压齿片原料板材及毛坯显微组织分析  39-40
    4.1.1 原料板材显微组织  39
    4.1.2 冷挤压齿片毛坯显微组织  39-40
  4.2 渗碳淬回火齿片零件齿牙各部位显微组织与显微硬度分析  40-44
    4.2.1 齿牙齿顶部位显微组织和显微硬度分布  40-41
    4.2.2 齿面与齿根部位显微组织与显微硬度  41-42
    4.2.3 断裂区显微组织  42
    4.2.4 日本西马诺齿片零件显微组织特征和显微硬度  42-44
  4.3 公司齿片渗碳工艺分析  44-45
    4.3.1 公司渗碳工艺特点  44
    4.3.2 渗碳碳势、温度与保温时间分析  44-45
    4.3.3 其他影响渗碳工艺因素分析  45
  4.4 飞轮齿片渗碳工艺改进方案  45-47
  4.5 自行车飞轮齿片生产工艺改进后的效果  47
  4.6 本章小结  47-48
结论  48-49
参考文献  49-53
发表论文和科研情况说明  53-54
致谢  54-55

自行车飞轮零件及其成型模具的失效分析与加工工艺改进

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