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真空電子束焊接后,再經過一系列冷、熱加工工序制造的先進復合鋸切下料工具.雙金屬帶鋸條是靠張緊于帶鋸床兩個主、從動輪上,作扭轉45°~90°的環行運動.在實際使用中,該雙金屬帶鋸條處于周期性的拉伸、沖擊、彎曲以及扭轉復雜應力狀態,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,雙金屬帶鋸條曾發生小批量質量問題,即在基體表面過早地出現疲勞裂紋.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果表明,基體表面存在著含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3復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相差較大以及界面結合力不強,導致變形不協調,結果在鋼帶表面產生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂紋,可引起局部應力集中.最初,由于微裂紋尺寸小,應力強度因子K低,故微裂紋擴展緩慢.在隨后的鋸切中,由于應力和腐蝕介質(主要是水溶液的作用)的聯合影響,裂紋在以應力腐蝕為主的、腐蝕疲勞機制協同作用下擴展,相應的斷口形貌特征為沿晶開裂.隨著裂紋進一步擴展,應力強度因子K也隨之增大,應力腐蝕作用相對減弱,腐蝕疲勞機制占主導,相應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真空電子束焊接后,再經過一系列冷、熱加工工序制造的先進復合鋸切下料工具.雙金屬帶鋸條是靠張緊于帶鋸床兩個主、從動輪上,作扭轉45°~90°的環行運動.在實際使用中,該雙金屬帶鋸條處于周期性的拉伸、沖擊、彎曲以及扭轉復雜應力狀態,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,雙金屬帶鋸條曾發生小批量質量問題,即在基體表面過早地出現疲勞裂紋.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果表明,基體表面存在著含Mg,Si,Cu和S等元素的Al2O3和Fe2O3復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相差較大以及界面結合力不強,導致變形不協調,結果在鋼帶表面產生了微凹坑缺陷.微凹坑可以看成微裂紋,可引起局部應力集中.最初,由于微裂紋尺寸小,應力強度因子K低,故微裂紋擴展緩慢.在隨后的鋸切中,由于應力和腐蝕介質(主要是水溶液的作用)的聯合影響,裂紋在以應力腐蝕為主的、腐蝕疲勞機制協同作用下擴展,相應的斷口形貌特征為沿晶開裂.隨著裂紋進一步擴展,應力強度因子K也隨之增大,應力腐蝕作用相對減弱,腐蝕疲勞機制占主導,相應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,基體表面質量是影響雙金屬帶鋸條使用壽命的重要因素之一.
