H13钢压铸模具失效分析
利用光学显微镜、扫描电镜、硬度计、冲击试验机等，分析了铝合金成型用H13钢压铸模早期失效原因。 结果表明模具的失效模式为整体脆性断裂。 主要原因是模具钢中存在更严重的带状偏析、非金属夹杂物、液态碳化物等组织缺陷。 同时，热处理工艺不合理； 在热应力和机械力的作用下，夹杂物和液化碳化物周围形成非金属裂纹。 带偏析和不合理的热处理工艺降低了模具的冲击韧性，使裂纹迅速扩展，最终导致模具的早期失效。
H13钢是目前应用最广泛的热作模具钢。 由于其高温强度和硬度高，在中温条件下具有良好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性，能抵抗熔融金属的腐蚀。 ，常用于制作压铸模具。
压铸模具在使用过程中，既要承受高温熔融金属的冲击和压缩应力，又要承受压铸金属在脱模时压缩产生的拉应力。 受力情况较为复杂，使用过程中常因脆性断裂、腐蚀或冲蚀而产生热裂纹和整体失效。
造成压铸模具失效的因素有很多。 很难正确判断故障原因。 此外，国内厂家生产的H13钢质量参差不齐，热处理工艺不合理。 这对压铸模具的失效分析有很大的帮助。 难的。
某冶金厂采用H13钢制成的铝合金压铸模具，仅试制了100多个产品。 使用时间不到13天，模具就全坏了，给工厂造成了一定的经济损失。 为了找出HXNUMX钢压铸模失效的原因，笔者进行了
故障分析。
组织缺陷
模具毛坯钢的退火组织存在明显的带状偏析缺陷。 带偏析是一种化学成分偏析。 钢锭在锻造和轧制时，凝固过程中形成的枝晶偏析被轧制和拉长，形成偏析区。 在退火过程中，碳化物沿偏析区析出，形成不同密度的带。 隔离。 带状偏析是衡量H13钢偏析程度的最简单也是最重要的指标。 它可以反映钢锭组织中合金元素和枝晶的偏析以及热加工工艺是否合适。 它对钢的横向冲击韧性有显着影响。 因此，NADCA#2007-2003标准明确规定了H13钢的退火组织和带偏析的可接受水平。 带偏析对淬火后的组织和性能影响很大。 淬火后，在贫碳区形成低碳马氏体组织，在富碳区形成高碳隐质马氏体组织，最终得到继承。 回火状态。 失效模具钢带状偏析严重，组织极不均匀，严重影响模具的横向韧性。
偏析区的非金属夹杂物和液化碳化物。 有研究指出，铸锭的再加热和扩散可以减少元素偏析，但对于H13钢来说，偏析很难完全消除，而且一旦在偏析区出现大量非金属夹杂物和液化碳化物会进一步降低钢的横向冲击韧性。 这也是NADCA#2007-2003中区分带隔离等级是否合格的重要依据。 根据检测结果，模具钢纯度低，偏析区含有大量非金属夹杂物。 其中DS Al 2 O 3 大颗粒夹杂物达到2.0级，严重破坏了基体的连续性。 , 在外力作用下，容易形成裂纹。 钢的强度随着夹杂物数量的增加而降低，夹杂物的尺寸越大，对韧性的影响越大。 H13钢锭中的液化碳化物是粗大的连续块状，锻造后破碎，沿锻造方向呈链状分布。 常规热处理工艺对液化碳化物的分布和形貌基本没有影响。 因此，在回火组织的带状区域仍然可以看到液化碳化物的链状分布。 与夹杂物类似，液化碳化物由于自身断裂或与基体界面分离，会增加钢的脆性。 此外，局部尖角链状碳化物容易引起应力集中和微裂纹。 非金属夹杂物和液化碳化物的集中分布，一方面严重影响钢的横向韧性，另一方面在使用过程中容易形成裂纹源。
模具硬度过高
从硬度测试结果可以看出，失效模具的硬度高于NADCA#2007-2003推荐的硬度范围，且分布不均。 根据H13钢的调质曲线可以看出，过高的淬火温度或过低的回火温度都可能导致H13钢的硬度偏高，而回火不足则可能导致模具硬度分布不均。 热处理过程中由于操作不当或炉温控制不当，模具淬火回火后硬度较高，进一步影响模具的冲击韧性，最终使组织处于不稳定状态，残余内应力过大。 大，外力作用时容易开裂，造成模具过早失效。
故障过程
压铸模具在使用过程中要承受高温熔融金属的冲击和压应力，以及压铸金属在脱模时压缩产生的拉应力，使用环境比较恶劣。 从试验结果可以看出，表面裂纹源附近集中有大量夹杂物和液化碳化物。 来自基体的夹杂物和液化碳化物的弹性、塑性和热膨胀系数存在差异。 当反复施加热应力和机械力时，夹杂物和液化碳化物周围容易形成应力集中，最终出现微裂纹。 由于模具钢的韧性低，当形成微裂纹时，模具没有足够的韧性来阻止裂纹扩展。 当应力超过其断裂强度时，容易引起裂纹穿透模具，导致模具开裂报废。 由此可以判断，模具钢中的非金属夹杂物和液态沉积碳化物导致模具表面早期出现微裂纹，而模具钢极低的韧性导致裂纹迅速扩展，即模具开裂的重要原因。
改善措施
根据以上分析，对于H13钢及其热处理工艺，
进行了以下改进：
- H13钢采用电渣重熔工艺，提高钢的纯度，降低非金属夹杂物含量； 控制重熔速度或采用其他冶炼工艺控制液态碳化物的大小和数量。
- 通过高温扩散退火和大锻比多向反复锻造，改善带偏析，减少液态碳化物。
- 应严格控制模具的热处理工艺参数，确保模具整体硬度在规定范围内。
结讨论
- 模具的断裂为脆性断裂。 原因是模具钢的显微组织存在比较严重的带状偏析，偏析区有较多的非金属夹杂物和液态碳化物，再加上没有合理的热处理工艺导致模具整体硬度偏高。更高。 这些因素的综合作用导致模具的冲击韧性极低。
- 模具钢中的非金属夹杂物及液态碳化物附近易形成早期微裂纹，模具钢极低的韧性使裂纹迅速扩展，最终导致模具整体断裂。
- 在今后的生产中，工厂选用优质H13模具钢，严格控制热处理工艺参数。 模具的使用寿命显着提高。 压铸 10 000 件后未见大的贯通裂纹。
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