H13钢压铸模早期开裂失效分析
铝型材挤压模具开裂失效分析
2018年第10期热加工F断裂失效ractureFailure11铝型材挤压模具开裂失效分析■程永强铝型材挤压模具承受很大的挤压力、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环引起的热应力以及高温氧化，模具选用的材料需要具有高的热强性、高的耐磨性、足够的韧性和耐热疲劳性能，图1为挤压模具工作状态示意。
H13作为一种空冷硬化型热作模具钢，具有高的淬透性、韧性及优良的抗热疲劳性能，很好地满足了挤压铝型材的工作要求，是当今国内外使用最广泛的热作模具钢之一。
某公司使用H13钢制作模具，正常模具寿命40万～50万次，但该模具在工作3500次时发摘要：通过对模具断口特征的观察，找出造成模具失效的裂纹源，借助金相和体视显微镜、光谱仪、硬度计等检测设备，对裂纹起源处分流孔进行深入分析，发现宏观裂纹与电火花加工产生的微裂纹有关，最终确定了模具开裂的根本原因，避免模具在加工使用中出现类似问题。
关键词：挤压模；开裂；电火花；变质层；微裂纹扫码了解更多生开裂，断裂部位在热挤压模具的分流孔处，裂纹宏观形貌如图2所示。
1.裂纹分析（1）断口分析将裂纹打开，显示裂纹断口形貌，依据断口形态确定裂纹源，如图3所示，裂纹源近分流孔变径处的表面，是电火花加工面（见图4）。
（2）裂纹分析在裂纹源处横向切开（见图3），对其金相试样进行检验，裂纹处无严重非金属夹杂物，可以确定裂纹不是由非金属夹杂物引起的；腐蚀后裂纹表面没有氧化脱碳，说明原材料及其后热处理没有发生裂纹，如图5所示。
（3）分流孔检验将图4的分流孔加工面局部放大，可以观察到分流面表面的网状裂纹，如图6所示。
在金相试样上，对分流孔部图1 挤压模具示意（a）（b）图2 裂纹的宏观形貌照片图4 断口形貌的局部放大（6.5×）图3 裂纹断口形态及取样示意断口表面分流孔裂纹源导流槽金相试样分流孔电火花加工面裂纹源（b ）图5 裂纹及附近组织（100×）（d ）500×图7 分流孔内壁腐蚀前后的显微裂纹形态（a ）10×（b ）40×图6 分流孔加工面局部放大（a ）（a ）腐蚀前裂纹（100×）（b ）100×（c ）500×表1 化学成分（质量分数） （%）S P Ni V Mo Cu 1.20≤0.005≤0.020≤0.25 5.00 5.500.90～1.20 1.20～1.50≤0.250.0030.0190.175.150.981.310.07表2 非金属夹杂物 （级）B 细B 粗C 细C 粗D 细D 粗≤1.5≤1.0≤1.0≤1.0≤1.5≤1.01.00.5N A D C A207—2006北美压铸协会标准检验样品显微组织（见图9），检测级别H S7，符合标准要求。
H13钢模坯开裂分析
H13 钢模坯开裂分析通过电镜、能谱分析、金相分析等手段对H13 钢制风机叶轮模坯开裂进行了综合分析。
由裂纹形态及表层氧化覆盖物形态及裂纹两侧增碳现象可以推断,开裂发生在最终热处理之前;由裂纹所处部位及形态可推断,开裂发生在终锻之后,与终锻温度过低或锻造冷却速度控制不当有关。
风机叶轮用模坯, 外径小于145mm, 内径小于80mm,厚40mm,材质为H13 钢。
加工工艺:由小于130mm 的棒料模锻成型粗加工热处理(淬火、回火) 。
该模坯宏观形貌见在近台阶开裂区域径向取样,可见近台阶交界区的表面裂纹,沿周向曲折分布,有黄褐色孔洞,似与高温氧化有关。
在径向截面上,可见裂纹起始于台阶交界处,向内斜向曲折扩展,深约4mm,见裂纹的裂面形貌如在轮盘心部区域取样进行化学成分分析,结果见表1,材质符合H13 钢的相关技术要求。
表1模坯的化学成分(质量分数,% )2.2、扫描电镜及X 射线能谱分析裂面的低倍形貌见裂面表层覆盖物形貌见新老裂面交界处形貌见径向截面上裂纹及附近低倍组织的形貌,可见沿模坯外表轮廓有深色增碳现象,增碳层深约0.5mm;次表层有浅色贫碳现象,且贫碳层沿外周不均匀,可能与车加工量不同有关。
裂纹由台阶交界处起始向内斜向扩展。
裂纹开口较宽,边缘圆滑,两侧有氧化现象。
裂纹尾端圆浑,前端有一细裂纹,裂缝内充满氧化物,并可见氧化物沿裂纹前端的细裂纹扩展;裂纹两侧有增碳现象,增碳层深约0.3mm,模坯基体组织为索氏体。
3、硬度测定在径向截面上对有关区域测定维氏硬度,结果见表2。
由表2 可知,表层及裂纹两侧硬度较心部硬度高,而次表层硬度较心部硬度低,系该模坯表层及裂纹两侧增碳、次表层脱碳所致。
4、分析与讨论(1)风机叶轮模坯材质成分符合H13 钢相关标准的要求,开裂两侧区域未见有明显的冶金缺陷。
(2)轮坯锻后外表面有贫碳现象,而在热处理过程中有增碳现象。
(3)由裂纹的形态、裂面氧化覆盖物形态,尤其圆浑的尾端及氧化推进形貌可推断,裂面经高温氧化且氧化腐蚀扩展;同时,由裂面表层的增碳现象可进一步推断,开裂发生在最终热处理之前。
H13钢模具冲头早期断裂原因
H13钢模具冲头早期断裂原因
陈猛;谢孝文;姚汪桐
【期刊名称】《理化检验（物理分册）》
【年(卷),期】2024(60)4
【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。
【总页数】5页(P49-53)
【作者】陈猛;谢孝文;姚汪桐
【作者单位】上海海隆石油管材研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB31;TG115.2
【相关文献】
1.H13钢上顶杆模具的早期断裂分析
2.H13钢冲头模具断裂原因分析
3.H13热作模具钢冲头的早期断裂原因
4.H13钢热锻模具早期失效的原因
5.H13热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进
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H13热作模具钢失效分析及热处理工艺
H13热作模具钢失效分析及热处理工艺(2009-04-12 18:42:17)转载标签：杂谈H13钢（4Cr5MoSiV1）是国际上广泛应用的一种空冷硬化型热作模具钢。
H13钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹：而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，因此广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具的制造。
失效分析：由于模具使用厂家的不合理技术要求，往往会造成H13模具早期断裂失效。
常见的造成模具早期失效的H13热作模具钢不合理技术要求有：“表面硬度低芯部硬度高；硬度要求过高；表面硬度高芯部硬度低等。
由化学成分分析表明绝大多数批次H13钢化学成分符合标准，仅少数批次的合金元素含量不足。
在生产实践中经常发现一些钢厂生产的H13化学成分偏析严重，模具厂家又未进行合理的锻造和球化退火，经常造成H13钢在热处理过程中或安装使用时断裂。
（1）硬度偏高造成模具早期断裂（2）模具表层硬度太低，产生模具早期龟裂失效（3）模具表面硬度高，基体硬度低，产生早期龟裂失效热处理：H13钢的临界点：Ac1为853℃；Ac3为912℃；Ms为310℃锻造：先缓慢加热到750℃，在快速加热到1120-1150℃的锻造温度，减少氧化和脱碳；始锻温度为1080-1120℃，始锻温度≥850℃，锻后缓冷，并及时退火。
另外要求锻造比大于4. 退火：H13退火用TTT曲线位于淬火用TTT曲线的左侧，过冷奥氏体的稳定性降低，有利于退火软化处理。
等温退火加热到800℃，保温2h，降温至750℃等温2-4h，炉冷到500℃出炉空冷，硬度为192-229HBS，锻后必须立即进行球化退火。
淬火和回火：淬火前二次预热，1040±10℃淬火，540±10 ℃回火,获得回火马氏体加碳化物组织,硬度HRC46～50 ,可满足热作模具钢的性能要求。
通过改进H13 钢的冶炼方法和合理的锻造工艺来保证模具用材的要求, 适宜的热处理工艺确保H13 钢具有良好的综合力学性能, 正确的使用操作方法更有利于提高其使用寿命。
H13钢半轴摆辗模具开裂失效分析
H13钢半轴摆辗模具开裂失效分析■金林奎，龚亮，王丽珊，李建摘要：主要阐述了H13热锻模具钢，在正常使用过程中发生早期失效断裂。
经理化检测分析，找到了造成模具中心的蘑菇头断裂的原因。
关键词：折叠裂纹；应力集中；多源台阶；夹杂熔融我公司常用的11811半轴摆辗模具，经常发生早期开裂失效，甚至锻造几件产品模具就会裂为两半。
1. 简要说明11811半轴摆辗模具，材质为H13热锻模具钢，相当于国产4Cr5MoSiV1钢，该钢具有高的淬透性、抗热裂能力和良好的耐热性，在较高温度时具有较好的强度和硬度，较高的耐磨性和韧性，以及优良的综合力学性能和回火稳定性[1]。
H13钢半轴摆辗模具，在使用过程中只加工3～4件锻件就发生开裂。
开裂部位位于模具中心凸起的蘑菇头中间，并呈整体剥落的开裂形态（见图1）。
我们对该早期开裂失效的模具，进行理化检测和分析，排查事故发生的原因，寻找解决问题的办法和措施，使生产加工步入正常，满足了产品的正常交货期，极大地提高了企业经济效益。
2. 宏观观察目测半轴摆辗模具断口中心部位有两条清晰的同心圆弧线，断口下侧第一条弧线的边缘显示明显的多台阶条纹，属于应力集中扩展的特征条带。
断口上部左右两侧各有一个很深的凹槽，这是用来加工半轴法兰盘外端面的定位耳模腔。
右侧定位耳模腔的下侧边缘有略带弧形的多源台阶条纹[2]，沿条纹处裂纹扩展并向下向左呈环形向前推进，直至左侧定位耳模腔处。
断口显示二次裂纹沿第一次环形裂纹扩展的终止弧线形成一排多源台阶条纹，继续向上（模具中心部位）扩展，直至上侧第二条弧线处。
在第二条弧线以上的断口区域，裂纹迅速扩展至蘑菇头中间裂开。
由此可见，第二条弧线以上为裂纹瞬间断裂区，瞬断区断口隐约可见粗晶奈状断口，这是过热组织的特征形貌[3]（见图2）。
半轴摆辗模具中心断裂掉下的半个蘑菇头，蘑菇头的断口对应于半轴摆辗模具断口，断口上部分的第一条弧线为一次裂纹终止线，弧线上的多源台阶条纹更为清晰，下部分的第二条弧线更为突出，整体的断口立体感更强，对分析说明更具说服力（见图3）。
H13钢铝合金压铸模开裂原因分析
图4 淬火烈度、硬化能力与流速的关系曲线Fig 14 The relationship among quench severity ,hardening capacity and flowrates图5 淬火烈度与硬化能力的关系曲线Fig 14 The relationship between quench severity andhardening capacity流速之间的关系曲线。
图5是在图4数据基础上绘出的硬化能力HP 值与淬火烈度H 值之间的关系曲线。
从图4可以看出淬火油的硬化能力HP 值和淬火烈度H 值均随流速的增加而增加,并且二者增加的趋势趋于一致,这表明在表征介质冷却能力方面硬化能力HP 与淬火烈度H 值具有相似性。
通过上述研究,作者认为对于同种淬火油在不同流速下的冷却曲线,在计算出HP 值的基础上,依据图5的硬化能力与淬火烈度的关系曲线,可以估算出此时该淬火油在该流速下的淬火烈度的增加值或参考值。
这对于采用冷却曲线估测实际搅拌条件下淬火油槽在不同搅拌速度下的淬火烈度和进行控制冷却具有参考价值。
4 结论 介质的硬化能力HP 值和淬火烈度H 值均随介质流速的增加而增加,并且二者增加的趋势趋于一致,这表明用来表征介质冷却能力的HP 值与淬火烈度H 值具有相似性。
研究结果表明对于同种淬火油在不同流速下的冷却曲线,在计算出HP 值的基础上,依据硬化能力与淬火烈度的关系曲线,可以估算出此时该淬火油在该流速下的淬火烈度的增加值。
参考文献:[1] Bates Charles E ,Totten G eorge E.Quantifying Quench 2oil CoolingCharacteristics[J ].Advanced Materials &Processes ,1991,(3):25228.[2] Totten G E ,Bates C E ,Clinton.Handbook of Quenchants andQuenching Technology[M ].Materials Park ,OH :ASM Internation 2al ,1993:96.[3] Liscic B ,Filetin puter 2Aided Evaluation of Quenching In 2tensity and Prediction of Hardness Distribution[J ].J.Heat Treat ,1988,5(2):1152124.[4] K ünzel Th.,Tensi H M and Weizel G.Rewetting rate 2the decisivecharacteristic of a quenchant [C].Proceedings of IFHT ’S 5th Inter 2national Congress on Heat Treatment of Materials ,Budapest ,1986,111:180621813.[5] Segerberg S O.Classification of quench oils :a method of comparison[J ].Heat Treating ,1988,20(12):30233.[6] Deck M ,Damay P and Le Strat F.Castrol index :une method declassification des huiles de trempe.ATTT 90Internationaux de France du Traitement Thermique (Conference proceedings [C ].Paris ,France :Le Mans ,19221Sept 1990:49270.[7] Bates C E ,Landig T ,and Seitanakis G.Quench factor analysis :Apowerful tool comes of age[J ].Heat Treating ,1985,(12):13.[8] Totten G E ,et al.Cooling rate curve area :a new measure of quen 2chant performance[J ].Heat Treating ,1987,(12):18220.[9] G oryushinV V ,et al.PK 22quenching medium [J ].Metalloved.Term.Obrab.Met.,1986,(10):9213.[10] Dakings M E ,Bates C E ,Totten G E.Estimating Quench Severitywith Cooling Curves[J ].Heat Treating ,1992,(4):24226.[11] Bodin J ,Segerberg S.Measurement and Evaluation of the Powerof Quenching Media for Hardening [J ].Heat Treatment of Met 2als ,1993,(1):15223.[12] Totten G eorge E ,et al.Standards for Cooling Curve Analysis[J ].Advanced Materials &Processes ,1997,(6):68LL 268NN.失效分析H 13钢铝合金压铸模开裂原因分析梁思祖1,梁耀能1,李茅坪2(11华南理工大学机电系,广州 510640;21广东省机械研究所,广州 510630)摘要:电镜及金相检验结果分析表明,由于压铸模模具的成分偏析而产生由马氏体及残留奥氏体构成的带状组织缺陷,工作时模具表面出现回火裂纹,在内应力作用下模具发生早期热疲劳破坏。
H13热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进
出，M3P 相在 626.84℃析出[4]。
H13 钢中碳化物以是 M23C6、MC 和 M2C 为主 ，如图
4b、4c、4d 所示结果表明：M23C6 相主要成分是 Cr，Cr 和 Mo
元素的含量随着温度的升高而逐渐降低。M23C6 相中还
（a）
图2
A 样边部的金相组织图
a——放大 500 倍
· 64 ·
（b）
b——放大 1,000 倍
含有少量的 Mn 和 V 元素。当前温度降低至 200℃以下，
Cr 元素的质量分数大约为 70%，Mo 元素的质量分数大约
为 20%。MC 相主要含有 Cr、Mo、V、C 等元素，V 元素占
《模具制造》2024 年第 3 期
·模具材料及热处理技术·
模具材料及热处理技术
H13 热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进
汪
凡
（安徽工业大学冶金工程学院，安徽马鞍山
243032）
【摘要】对H13热作模具钢在其生产加工的过程之中产生的断裂缺陷进行了研究，
而导致淬火开裂。
3 热处理工艺优化
3.1 H13 钢热平衡相组成
将 H13 钢带入 JMatPro 软件计算，得到 H13 热平衡
（a）
图1
（b）
A 和 B 样品中间部位
a——A 样中间部位金相组织(1,000 倍)
b——B 样中间部位金相组织(1,000 倍)
图 2 所示为 A 样品的边部取样样品的 500 倍和 1,000
关键词：H13 钢；断裂；JMatPro；热处理工艺
中图分类号：TG162；TG142
H13钢挤压模失效分析
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～测试与分析櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～收稿日期：２０２０ ０５ １９作者简介：赵亮（１９７９—），男，上海人，工程师，主要从事特种冶金材料的研究与产业化制造工作。
Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈａｏｌｉａｎｇｄａｔａ＠１６３．ｃｏｍ基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＢ０３００４０５）Ｈ１３钢挤压模失效分析赵 亮１，顾 艳２（１．宝山钢铁股份有限公司研究院，上海２０１９００；２．宝钢特钢有限公司，上海２００９４０）摘 要：Ｈ１３钢铝合金用挤压模在使用中因角部开裂而早期失效。
为此，检测了失效模具的化学成分、低倍和高倍组织、表面硬度、非金属夹杂物含量及冲击性能。
结果表明，该模具早期失效是由于晶粒度不均匀、热处理回火不充分、偏析带有碳化物液析所致。
根据模具的失效原因，提出了相应的改进意见。
关键词：Ｈ１３钢；挤压模；晶粒度；回火；开裂中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８ １６９０（２０２０）０３ ００４２ ０４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＨ１３ＳｔｅｅｌＥｘｔｒｕｓｉｏｎＤｉｅＦａｉｌｕｒｅＺＨＡＯＬｉａｎｇ１，ＧＵＹａｎ２（１．ＢａｏｓｔｅｅｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＢａｏｓｈａｎＩｒｏｎ＆．ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１９００，Ｃｈｉｎａ；２．ＢａｏｓｔｅｅｌＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００９４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｒｅｍａｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｏｆＨ１３ｓｔｅｅｌｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｅｕｓｅｄｆｏｒａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｓｅｒｖｉｃｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｏｒｎｅｒｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｆｏｒｔｈｉｓｆａｃｔ，ｔｈｅｆａｉｌｅｄｄｉｅｗａｓｔｅｓｔｅｄｆｏｒｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｌｏｗ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｅｒ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓ，ｎｏｎ ｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｐｒｅｍａｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｄｉｅｗａｓｔｒａｃｅｄｔｏｕｎｅｖｅｎｇｒａｉｎｓｉｚｅ，ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒｉｎｇ，ｃａｒｂｏｎｌｉｑｕｉｄａｔｉｏｎｐｒｅｓｅｎｔｉｎｓｅｇｒｅｇａｔｅｄｂａｎｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｄｉｅｆａｉｌｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈ１３ｓｔｅｅｌ；ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｅ；ｇｒａｉｎｓｉｚｅ；ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ；ｃｒａｃｋｉｎｇ０ 引言随着国民经济的飞速发展，交通、航空和航天等领域对铝型材的需求量越来越大，对于挤压成型的铝合金型材，模具的使用寿命也越来越重要。
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图 2 1号试样抛光 态 ( a~ c)和腐蚀态 ( d~ f)下的形貌 F ig12 M orpho log ies o f po lished( a~ c) and etched( d~ f) samp le N o11
( a, d) @ 50; ( b, e) @ 200; ( c, f) @ 5000
械工业出版社, 2000: 64-80. [ 4] 王德文. 提高模具寿命应用技术实例 [ M ]. 北京: 机械工业 出版社,
2004: 114-119. [ 5] 崔 崑. 国内外模具用钢发展概 况 [ J] . 金属热处理, 2007, 32 ( 1 ) :
1-11. [ 6] 王淼辉, 朱晚 俊, 郭晚刚, 等. 优质 65N b 模具钢 在链条冲压中 的应
21Zhe jiang L inha iH a ihong G roup, L inha i Zhejiang 317000, Ch ina) Ab stract: T he fa ilure of ear ly cracking o fH 13 stee l casting die w as exam ined by m eta llog raph ic test, scanning electronic m icroscope( SEM ) and energy dispe rsion spectrum ( EDS) 1The results show that some ofM o and V e lem ents ex ist in inclus ion a lthough the chem ical composition of the stee l is me t to the standard requ irem ent, and they can no t effec tive ly inh ib it grain g row th and restra in prec ip itation o f carb ide along the gra in boundary1T he m artensite is coarse and the tempered carbides d isperse along the g ra in boundary w ith netwo rk, wh ich resu lt in the increas ing o f brittleness o f d ie and ea rly cracking1 K ey w ords: H 13 stee;l casting die; crack; failure ana lysis
用 [ J]. 金属热处理, 2008, 33( 4) : 62-62. [ 7] 周裕强. C rWM n 钢线切割开裂原因分 析 [ J] . 金属 热处理, 2006, 31
( 9) : 75.
第 2期
苏 兹聪, 等: H 13钢压铸模早期开裂失效分析
81
为针状马氏体 [ 1] 。它具有高的韧性, 良好的冷热疲劳 性能, 与熔融金属相互作用小, 且价格便宜, 因此广泛 应用于铝合金的压铸模具。在国内 H 13钢已于 20世
图 3 2号试样抛光态形貌 F ig13 M orpholog ies of po lished sam ple N o1 2
( a) @ 50; ( b) @ 500
213 扫描电镜观察和能谱分析 试样黑色斑点处的 SEM 形貌如图 4所示。可见,
这些斑点在 SEM 下也呈黑色, 但其形貌和四周基体组 织相同, 不是夹杂物, 也不是单纯的凹坑, 此外, 还能看 到有细小碳化物沿晶界析出的现象。
参考文献: [ 1] 赵盛 昌. 模 具材 料 及 热处 理 手 册 [ M ]. 北 京: 机 械 工 业出 版 社,
2008: 240-242. [ 2] 陈再良, 陈蕴博, 佟晓辉, 等. 典型冷作模具钢 性能与失效关 系的探
讨 [ J]. 金属热处理, 2007, 32( 2) : 87-93. [ 3] 蔡美良, 丁惠麟, 孟沪龙. 新 编工模具 钢金相热 处理 [ M ] . 北 京: 机
该模具用于铝合金压铸, 材料为 H 13钢, 外形如 图 1所示。模具经 1020 e 真空淬油 + 二次回火, 硬度 为 48~ 52 HRC, 使用 1000多次后模具产生裂纹, 而常 规产品可使用 2万次左右。开裂模具上发现数条如箭 头所示的裂纹, 裂纹穿过模具中某些凹槽、圆孔部位。 切取裂纹进行分析时, 还发现裂纹附近局部位置存在 铸造空洞缺陷, 长约 10 cm, 宽、深分别约为 2 mm 和 3 mm。
H 13钢
C
Mn
Si
P
S
Cr
Mo
V
Fe
试样
01 39
0131
11 17
01 014 01 005
51 5
11 42
01 97
余量
G B /T 1299) 2000
01 32~ 0145 01 20 ~ 01 50 0180 ~ 11 20 [ 01 030 [ 01 030 41 75~ 51 50 1110 ~ 11 75 01 80~ 11 20 余量
H 13钢 ( 4Cr5M oS iV1)是一种新型热作模具钢, 其 化学成分处于共析点附近, 锻造后经球化退火, 组织为 球状珠光体和少量碳化物, 1000~ 1050 e 淬火后组织
3) 磨削加工、线切割加工后进行去应力回火, 压 匝套及适当的尺寸设计, 可明显减少模具早期开裂。
4) 对形状复杂的 C r12M oV 钢模具, 采用固溶双 细化工艺, 模具使用寿命可以翻几番, 冲压 8 mm 厚度 的复杂形状链板, 寿命由原 来的 5万次提 高到 23万 次。主要失效形式为正常磨损, 开裂和崩刃情况大为减 少。虽工序较多, 成本较高, 但总经济效益十分可观。
纪 90年代初批量生产投放市场, 取得了较好的效果。 但在使用中尚有不稳定之处, 其中既有原材料, 也有热
处理以及使用方面的问题, 因而经常引起模具使用方、 材料供应商和热处理厂家之间的矛盾。本文介绍一个
因原材料质量而导致模具早期使用失效的案例。
1 模具失效情况
图 1 模具实物图及其裂纹形貌 F ig1 1 Im ages o f the casting die and cracks
对试样中黑色斑点 1、2和基体 3进行了能谱成分 分析, 结果示于表 2。可见与基体相比, 黑色斑点处无 M o, 且 V 含量较低, 因此可以推断黑色斑点处原本有 富 M o的析出相, 在磨抛过程中, 这些析出相脱落, 留
图 5 黑色斑点附近颗粒的 EDS谱图 F ig1 5 SEM photo and EDS spectrum of the pa rtic le
第 35卷 第 2期
2 01 0年
ห้องสมุดไป่ตู้
2月
H EAT TREATMENT OF METALS
V ol135 N o12 February 2010
H13钢压铸模早期开裂失效分析
苏兹聪 1, 曲宏强 2 ( 11 浙江精诚模具机械有限公司, 浙江 台州 318020; 21 浙江省临海海宏集团, 浙江 临海 317000)
2 分析测试结果
211 成分分析 试样化学成分分析结果如表 1所示, 可见材料符
合 GB /T 1299) 20005合金工具钢 6规定要求。 212 金相组织观察
取裂纹和孔洞附近材料分别 制成 1号 和 2号试 样。 1号试样抛光态形貌如图 2( a~ c) 所示, 可见 50
表 1 H 13钢模具材料的化学成 分分析结果 (质量分数, % ) T ab le 1 Chem ical com position of the failured casting d ie( w t% )
Failure analysis on early cracking of H13 steel casting die
SU Z-i cong1, QU H ong-q iang2 ( 11Zhe jiang Jingcheng M o ldM achine ry Co1, L td, T aizhou Zhe jiang 318020, Ch ina;
4) 对形状复杂, 应力集中易开裂处, 采取组合式 模具设计。
6 结论
1) 改用电渣重熔 C r12M oV 钢, 降低非金属夹杂 物含量, 提高钢材的组织均匀性。共晶碳化物通过后 序锻造及固溶处理加以改善。
2) 采用等温淬火工艺, 适当延长淬火保温时间, 从 6 s/mm 延长到 10 s/mm, 保证了碳化物的充分溶解 及均匀化。提高回火温度至 420 e , 适当降低硬度至 55~ 58 HRC。 420 e @ 2 h回火 3次, 使碳化物充分析 出, 增加了钢的韧性。
收稿日期: 2009-07-18 作者简介: 苏兹聪 ( 1964) ), 男, 浙江台 州人, 工程 师, 主要从 事塑 料模 具行业的热处理工艺和检测工作, 浙江省热处理学会理事, 台州市热处理 协会秘书长。联系电话: 13357601660, E-mai:l suzicong@ yahoo. com. cn
2
6173 0184 0183 )
0176 4184 85199 )
3
2167 1111 0195 )
1168 4196 87131 1132
同时, 在某些黑色斑点处发现有颗粒状物, EDS分 析表明, 这是含 M o 较高的颗粒 ( 图 5)。对金黄色夹 杂物也进行了能谱分析, 结果见图 6。可见金黄色颗 粒为含 T i、C r和 N 的化合物。
摘要: 用金相组织观察和扫 描电子显微镜及能谱仪对 H 13钢 压铸模具使用 中发生早期 开裂的原 因进行了分 析。结果发现, 虽然 模 具钢成分符合标准要求, 但 M o、V 元素以夹杂物方式 存在, 未能 起到阻 止晶粒 长大、抑制碳 化物沿 晶界析出 的作用, 使 淬火马氏 体 粗大, 回火碳化物沿晶界呈 网络状分布, 导致模具脆性增加, 使用中出现早期开裂。 关键词: H13钢; 压铸模; 开裂; 失效分析 中图分类号: TG 157 文献标志 码: B 文章编号: 0254-6051( 2010) 02-0080-04