H13鋼壓鑄模具失效分析
利用光學顯微鏡、掃描電鏡、硬度計、衝擊試驗機等，分析了鋁合金成型用H13鋼壓鑄模早期失效原因。 結果表明模具的失效模式為整體脆性斷裂。 主要原因是模具鋼中存在更嚴重的帶狀偏析、非金屬夾雜物、液態碳化物等組織缺陷。 同時，熱處理工藝不合理； 在熱應力和機械力的作用下，夾雜物和液化碳化物周圍形成非金屬裂紋。 帶狀偏析和不合理的熱處理工藝降低了模具的衝擊韌性，使裂紋迅速擴展，最終導致模具的早期失效。
H13鋼是目前應用最廣泛的熱作模具鋼。 由於其高溫強度和硬度高，在中溫條件下具有良好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性，能抵抗熔融金屬的腐蝕。 ，常用於製作壓鑄模具。
壓鑄模具在使用過程中，既要承受高溫熔融金屬的衝擊和壓縮應力，又要承受壓鑄金屬在脫模時壓縮產生的拉應力。 受力情況較為複雜，使用過程中常因脆性斷裂、腐蝕或沖蝕而產生熱裂紋和整體失效。
造成壓鑄模具失效的因素有很多。 很難正確判斷故障原因。 此外，國內廠家生產的H13鋼質量參差不齊，熱處理工藝不合理。 這對壓鑄模具的失效分析有很大的幫助。 難的。
某冶金廠採用H13鋼製成的鋁合金壓鑄模具，僅試制了100多個產品。 使用時間不到13天，模具就全壞了，給工廠造成了一定的經濟損失。 為了找出HXNUMX鋼壓鑄模失效的原因，筆者進行了
故障分析。
組織缺陷
模具毛坯鋼的退火組織存在明顯的帶狀偏析缺陷。 帶偏析是一種化學成分偏析。 鋼錠在鍛造和軋製時，凝固過程中形成的枝晶偏析被軋製和拉長，形成偏析區。 在退火過程中，碳化物沿偏析區析出，形成不同密度的帶。 隔離。 帶狀偏析是衡量H13鋼偏析程度的最簡單也是最重要的指標。 它可以反映鋼錠組織中合金元素和枝晶的偏析以及熱加工工藝是否合適。 它對鋼的橫向衝擊韌性有顯著影響。 因此，NADCA#2007-2003標準明確規定了H13鋼的退火組織和帶偏析的可接受水平。 帶偏析對淬火後的組織和性能影響很大。 淬火後，在貧碳區形成低碳馬氏體組織，在富碳區形成高碳隱質馬氏體組織，最終得到繼承。 回火狀態。 失效模具鋼帶狀偏析嚴重，組織極不均勻，嚴重影響模具的橫向韌性。
偏析區的非金屬夾雜物和液化碳化物。 有研究指出，鋼錠的再加熱和擴散可以減少元素偏析，但對於H13鋼來說，偏析很難完全消除，而且一旦在偏析區出現大量非金屬夾雜物和液化碳化物會進一步降低鋼的橫向衝擊韌性。 這也是NADCA#2007-2003中區分帶隔離等級是否合格的重要依據。 根據檢測結果，模具鋼純度低，偏析區含有大量非金屬夾雜物。 其中DS Al 2 O 3 大顆粒夾雜物達到2.0級，嚴重破壞了基體的連續性。 , 在外力作用下，容易形成裂紋。 鋼的強度隨著夾雜物數量的增加而降低，夾雜物的尺寸越大，對韌性的影響越大。 H13鋼錠中的液化碳化物為粗大連續塊狀，鍛造後破碎，沿鍛造方向呈鏈狀分佈。 常規熱處理工藝對液化碳化物的分佈和形貌基本沒有影響。 因此，在回火組織的帶狀區域仍然可以看到液化碳化物的鏈狀分佈。 與夾雜物類似，液化碳化物由於自身斷裂或與基體界面分離，會增加鋼的脆性。 此外，局部尖角鏈狀碳化物容易引起應力集中和微裂紋。 非金屬夾雜物和液化碳化物的集中分佈，一方面嚴重影響鋼的橫向韌性，另一方面在使用過程中容易形成裂紋源。
模具硬度過高
從硬度測試結果可以看出，失效模具的硬度高於NADCA#2007-2003推薦的硬度範圍，且分佈不均。 根據H13鋼的調質曲線可以看出，過高的淬火溫度或過低的回火溫度都可能導致H13鋼的硬度偏高，而回火不足則可能導致模具硬度分佈不均。 熱處理過程中，由於操作不當或爐溫控制不當，模具可能在調質後硬度較高，進一步影響模具的衝擊韌性，最終使組織處於不穩定狀態，殘餘內應力過大。 大，外力作用時容易開裂，造成模具過早失效。
故障過程
壓鑄模具在使用過程中要承受高溫熔融金屬的衝擊和壓應力，以及壓鑄金屬在脫模時壓縮產生的拉應力，使用環境比較惡劣。 從試驗結果可以看出，表面裂紋源附近集中有大量夾雜物和液化碳化物。 來自基體的夾雜物和液化碳化物的彈性、塑性和熱膨脹係數存在差異。 當反复施加熱應力和機械力時，夾雜物和液化碳化物周圍容易形成應力集中，最終出現微裂紋。 由於模具鋼的韌性低，當形成微裂紋時，模具沒有足夠的韌性來阻止裂紋擴展。 當應力超過其斷裂強度時，容易引起裂紋穿透模具，導致模具開裂報廢。 由此可以判斷，模具鋼中的非金屬夾雜物和液態沉積碳化物導致模具表面早期出現微裂紋，而模具鋼極低的韌性導致裂紋迅速擴展，即模具開裂的重要原因。
改善措施
根據以上分析，對於H13鋼及其熱處理工藝，
進行了以下改進：
- H13鋼採用電渣重熔工藝，提高鋼的純度，降低非金屬夾雜物含量； 控制重熔速度或採用其他冶煉工藝控制液態碳化物的大小和數量。
- 通過高溫擴散退火和大鍛比多向反复鍛造，改善帶偏析，減少液態碳化物。
- 應嚴格控制模具的熱處理工藝參數，確保模具整體硬度在規定範圍內。
結討論
- 模具的斷裂為脆性斷裂。 原因是模具鋼的顯微組織存在比較嚴重的帶狀偏析，偏析區的非金屬夾雜物和液態碳化物較多，再加上沒有合理的熱處理工藝導致模具整體硬度偏高。更高。 這些因素的綜合作用導致模具的衝擊韌性極低。
- 模具鋼中和液態碳化物附近的非金屬夾雜物易形成早期微裂紋，而模具鋼極低的韌性使裂紋迅速擴展，最終導致模具整體斷裂。
- 在以後的生產中，工廠選用優質H13模具鋼，嚴格控制熱處理工藝參數。 模具的使用壽命顯著提高。 壓鑄 10 000 件後未見大的貫通裂紋。
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