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    撫順特鋼H13
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    H13模具鋼抽芯生產中頻繁發生斷裂的原因

    文章出處:未知責任編輯:模具鋼人氣:發表時間:2019-01-08 21:13

      H13鋼類熱作模具鋼,由于其優良的淬透性、淬硬性以及在室溫和高溫下的良好性能而廣泛應用于要壓鑄模、熱鍛模和熱擠壓模和冷熱疲勞抗力的壓鑄模。目前鋁合金壓鑄模具多采用H13鋼。,我司亦采用該鋼種制作模具抽芯。但是在實際生產中某款鋁合金壓鑄模具的抽芯頻繁發生斷裂,現對該斷裂進行分析,找出合理可行的避免斷口頻繁的方法勢在必行。

      1.分析

      (1)宏觀斷口分析

      該抽芯結構如圖1所示,截面為橢圓形抽芯,長軸大約80mm,短軸大約50mm,斷裂大致在圖1中橫線附近。在壓鑄生產過程中,上下反復抽芯,生產約1.3萬模次即發生斷裂,可以看到內腔通有冷卻水路,斷口如圖2所示。整個斷面分為初始斷裂區,裂紋擴展區和最后斷裂區。根據斷口紋路判斷,裂紋源在圖3中所示型腔內壁位置,呈現臺階狀,屬于多源斷口,在隨后的反復抽芯過程中,裂紋擴展并最終斷裂。

      

       (2)成分分析

      對抽芯橫截面取樣,直讀光譜分析儀實測化學成分如附表所示,可以看到該抽芯的化學成分符合H13鋼的標準。

      該模具鋼實測的化學成分(質量分數)與H13鋼化學成分比較(%)

      C Cr Mn Mo Si V

      H130.37~0.425.0~5.50.2~0.51.2~1.750.8~1.20.8~1.2

      實測0.395.20.41.51.00.9

      (3)顯微分析

      從工件開裂部位切取縱向和橫向樣塊,經磨制拋光腐蝕后觀察如圖4和圖5所示??v向來看金相組織,根據北美壓鑄協會的帶狀組織/微觀不均勻度評級標準《NADCA#207-2003》,該帶狀組織等級屬于可接受的范圍,且碳化物細小分布均勻。橫向來看金相組織,基體為回火馬氏體和細小的碳化物,晶粒度7~8級;洛氏硬度46~48HRC,符合硬度要求。金相組織正常,不是造成抽芯斷裂的原因。

      沿著裂紋源縱向剖開,觀察內腔壁附近金相組織情況,發現內腔壁非常粗糙并有大量橫向裂紋,如圖6所示。

      與生產人員溝通得知,抽芯內腔由電火花加工而成,之后無其他處理便投入生產。追溯當時的電火花加工工藝,并在一塊新的H13模具鋼樣塊上還原電火花加工過程,金相分析如圖7所示,根據當時的加工工藝,電火花白亮層最深可達50μm厚,且電火花加工后白亮層上立即就出現了微裂紋。由于該抽芯的內腔采用該電火花加工工藝,必然產生較厚的白亮層和較多的微裂紋。在實際生產過程中,壓鑄模具一般在較高的溫度下生產,在每一模次的生產過程中,模具抽芯表面吸收鋁合金熔體在凝固過程釋放的熱量,繼而向內層產生熱傳遞,而內層由于冷卻水的存在而使內腔溫度很低,這樣抽芯內腔附近在冷熱交替反復的環境下,微裂紋勢必擴展而逐步發展成大量的橫向裂紋。

      考慮到抽芯內腔長期被冷卻水包圍,水質就是普通的自來水,這樣的環境下極易發生腐蝕,如圖8所示。橫向裂紋內已有大量腐蝕產物。在抽芯的冷卻水路中,當水溫到達60℃以上時,鈣鎂離子很容易分解結垢,當水冷卻后,冷卻水中的微溶物質結晶析出,在抽芯型腔內表面結成硫酸鈣、碳酸鈣等水垢。水中所含溶解性氣體、腐蝕性鹽類等電解質與H13模具鋼接觸時,因為電解質的作用,使模具鋼表面析出Fe2+,內腔表面遭到腐蝕。同時,空氣中的塵土,雜物混入冷卻水中,致使微生物繁殖,加速模具抽芯的腐蝕。

      這樣,在電火花加工的微裂紋和冷卻水對模具腐蝕的綜合作用下,在抽芯上下反復抽取的過程中,橫向裂紋不斷擴展,最后斷裂。

      2.改進及效果

      基于上述斷裂的原因,必須對電火花加工工藝予以改進。以往為了提高生產效率,常常采用大電流加工內腔,產生的白亮層很厚,為了減小白亮層的影響,必須采用小電流精加工,同時加強電極本身的光潔度。當然也要考慮生產效率,經過多次調整,最后選擇合適的加工工藝,將白亮層減小至平均10μm左右,如圖9所示。

      在此之后必須去除白亮層,但是人工打磨必然造成打磨面粗糙不平的情況,凹凸不平的表面也會成為斷裂的起始點。為了最大限度減少這種不平表面,采用電解拋光的方法。被拋光的抽芯內腔為陽極,不溶性金屬為陰極,兩極同時浸入到電解槽中,通以直流電而產生有選擇性的陽極溶解,從而減少型腔內表面粗糙度,達到表面光潔的效果。

      為了減少抽芯內腔冷卻水對內壁的腐蝕作用,在冷卻水內添加一定量的緩蝕劑和阻垢劑。在以上措施的保護下,目前抽芯生產8萬余模次依舊良好,無斷裂傾向。

      3.結語

      (1)模具電火花加工后必須去除白亮層,電解拋光型腔表面,增加光潔度,防止微裂紋產生及擴展。

      (2)在普通自來水的環境下,通冷卻水路的抽芯型腔會發生腐蝕進而引發斷裂。在冷卻水內添加定量的緩蝕劑和阻垢劑后,有效的減少了腐蝕的發生,延長模具壽命。

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