Page 65 - 理化检验-物理分册2024年第四期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202404012

H13 钢模具冲头早期断裂原因

陈 猛, 谢孝文, 姚汪桐

( 上海海隆石油管材研究所, 上海 200949 )

摘 要: 在对某钻杆接头进行锻造加工时, H13钢模具冲头发生早期断裂现象。采用宏观观察、
化学成分分析、 扫描电镜分析、 硬度测试、 金相检验等方法分析其早期断裂原因, 并结合实际工况,
对断裂冲头进行有限元热模拟试验。结果表明: 冲头断口呈塑性断裂特征, 在接头冲模成型时, 冲
头在接头内部停留时间过长, 使冲头温度超过700℃ , 内部组织发生了转变, 强度急剧降低, 最后导

致冲头发生拉拔塑性断裂现象。

关键词: H13钢; 模具冲头; 有限元热模拟; 塑性断裂; 早期断裂

中图分类号: TB31 ; TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2024 ) 04-0049-04

Causesofearl y fractureofH13steeldie p unchin g head
,

CHENMen g XIEXiaowen , YAO Wan g ton g
( Shan g haiHilon gOilTubularGoodsResearchInstitute , Shan g hai200949 , China )

Abstract : Inthefor g in gp rocessofadrill p i p e j oint , theearl y fractureofH13steeldie p unchheadoccurred.

Thecausesofearl y fracturewereanal y z edb ymeansofmacrosco p icobservation , chemicalcom p ositionanal y sis ,

scannin gelectronmicrosco p eanal y sis , hardnesstestandmetallo g ra p hicexamination.Combinedwiththeactual

workin g conditions , thefiniteelementthermalsimulationtestwascarriedoutonthefracturedp unchhead.The

resultsshowthatthefractureofthe p unchwascharacterizedb yp lasticfracture.Durin g theformin g ofthe j ointdie ,

the p unchsta y edinsidethe j ointfortoolon g , sothatthetem p eratureofthe p unchexceeded700℃.Theinternal

structureofthe p unchchan g ed , andthestren g thdecreasedshar p l y , whichfinall y ledtothedrawin gp lasticfracture

ofthe p unchhead.

Ke y words : H13steel ; die p unchhead ; finiteelementthermalsimulation ; p lasticfracture ; earl y fracture
H13钢是一种新型的中合金铬系热作模具钢, 粗锻成毛坯后的温度约为1050℃ , 再将接头放入

该钢既具有较高的强度, 又能在较高的强度下保持 模锻设备内进行接头的中部孔成型。接头内部的模
较高的韧性, 淬透性较好, 可以满足热作模具的使用 具冲头结构如图1所示, 左侧为母接头的螺纹端, 右
要求 [ 1-2 ] 。在高温作用下, H13钢具有抗软化能力, 侧为接头焊径端, 两端同时有一个冲头对接头进行

但是当温度高于540℃时, 其硬度会出现迅速下降 内孔成型, 断裂的冲头为螺纹端冲头。笔者采用一
的现象 [ 3-4 ] , 所以在热模锻造过程中, 通常规定了合 系列理化检验和热模拟分析方法研究了该冲头发生
理的锻造成型和脱模时间, 可避免 H13钢模具在高 早期断裂的原因, 并提出了改进建议, 以防止该类问
温断件内部温度较高, 造成模具的整体力学性能下 题再次发生。
降。由于设备操作不当, 某公司 H13钢模具冲头在
高温锻件内的停留时间过长, 靠近冲头的端部发生
了早期断裂。该模具冲头加工的钻杆接头规格为
NC40 , 主要用于接头螺纹端内孔成型。将钻杆接头
收稿日期: 2023-04-26
图1 接头内部的模具冲头结构示意
作者简介: 陈 猛( 1985- ), 男, 高级工程师, 主要从事石油钻具

的失效分析和研发工作, hen g mi g nchen@163.com
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