8407钢制铝压铸模具断裂失效分析

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。

铝合金压铸模具失效分析及寿命提高措施摘要：各类工业技术的高速发展带动着压铸技术得到了相对广泛的应用，其中最具有代表性的便是铝合金压铸模具。

而从具体工作展开与推进上来看，铝合金压铸模具会受到材料、压铸方式以及外界因素的综合影响，出现压铸失效的情况造成材料的过度浪费。

由此，要对铝合金压铸模具失效的情况进行分析，寻找提高使用寿命的各类方式。

关键词：铝合金；压铸技术；模具；使用寿命引言压铸技术自诞生以来，常常被用在高强度、公差小且精准度高的各类合金生产当中，其中又以铝合金压铸最具代表性，在汽车制造行业有着较广的应用范围。

在近几年间，社会对铝合金压铸模具的整体需求量呈现出逐步上涨的趋势，对铝合金压铸成效的要求也相对较高，需要相关工作者明确生产当中可能会出现模具失效各类情况，延长模具本身的使用寿命，带动国内铝合金压铸技术的全面发展。

一、铝合金压铸模具的常见失效形式（一）热裂在对金属类材料展开现代化的加工时，往往需要对金属材料采取高温加工的方式，提高金属材料可塑性的同时，优化后期压铸成效。

在高温加工当中，热裂属于一类相对常见的问题，也是压铸模具技术在应用当中出现概率最高的失效情况。

从各项数据上来看，超过八成的压铸模具失效，都是受到模具钢在应用当中出现热疲劳抗力下降以及高温环境下稳定能力较弱而诱发的。

金属类材料基本都存在有疲劳度极限，而模具钢在应用过程中会长时间处在高温环境下，进而在热疲劳上会出现逐步下降的情况，持续高温软化与冷却工作，会是的金属材料在这一过程中慢慢丧失优质的变形抗力，此时金属材料的应变力会持续上升到金属疲劳度的峰值。

铝合金压铸模具在生产当中所受到的热应力会呈现出周期性的变化，而材料表面此时也会因外力作用而出现塑性压应变以及弹性拉应变，随着变形次数的增加，材料表面的氧化膜会出现破损问题，以此来释放剩余的应力。

如果所释放的剩余应力已经超过材料本身的承受能力，则会在模具材料上出现热裂问题。

需要注意的是，热裂纹在形成方面，往往会集中在模具的型腔位置以及热应力相对集中的位置，在出现热裂现象后，模具所受到的应力会表现出二次分布的情况，使得热裂范围逐步增加。

分析铸造Al合金热裂缺陷的成因及对策铸造Al合金热裂缺陷的成因及对策铸造是一种常见的金属加工方式，而铸造Al合金则在工业生产中得到广泛应用。

然而，在铸造Al合金的过程中，可能会出现热裂缺陷，严重影响了产品的质量和可靠性。

因此，我们有必要深入分析铸造Al合金热裂缺陷的成因，并探讨相应的对策。

一、成因分析1. 铸造温度过高铸造温度是影响铸件质量的重要因素。

当温度过高时，铸件内部残余应力增大，易导致热裂缺陷的发生。

此外，高温还会加剧金属的氧化，使其易于形成夹杂物和气孔，进一步加剧热裂的风险。

2. 铸造速度不合理铸造速度对铸件的凝固过程和温度梯度有较大影响。

若铸造速度过快，会导致凝固收缩不足，引起应力集中而发生热裂。

相反，若速度过慢，凝固过程过长，也容易形成热裂。

3. 材料的组成和纯度Al合金的组成和纯度对铸件质量有着重要影响。

若合金成分不合理或含有过多的杂质，会导致铸件内部晶界结构不均匀，从而增加了热裂的概率。

4. 模具设计和制造不当模具设计和制造的合理性对于铸件质量有着直接影响。

若模具设计不当或表面粗糙度不够，易导致铸件内部张应力集中，进而引发热裂现象。

二、对策措施1. 控制铸造温度在铸造过程中，合理控制铸造温度是避免热裂的关键。

通过进行试验和实践，准确确定合适的铸造温度范围，确保铸件内部应力的最小化，从而抑制热裂的发生。

2. 调整铸造速度合理的铸造速度有利于减少热裂缺陷的产生。

通过优化冷却系统和控制冷却速度，使铸件在凝固过程中获得足够的收缩，减少应力集中的风险，从而降低热裂的风险。

3. 优化合金成分和纯度合金的成分和纯度对于热裂风险的控制至关重要。

选择合适的铸造合金，并确保其纯度，以增加铸件的均匀性和抗热裂能力。

4. 改进模具设计和制造合理的模具设计和精细制造是降低热裂风险的关键。

通过减小模具结构中的应力集中区域、提高模具表面质量等方式，避免铸件内的应力集中，从而减少热裂的发生。

综上所述，铸造Al合金热裂缺陷是一个影响铸件质量的重要问题。

TAG：原因 ,出现 ,开裂模具损坏最普遍的形式是裂纹、开裂。

导致模具损坏的主要原因是应力。

热、机械、化学、操作冲击都会产生应力，应力包含机械应力和热应力，应力是怎样产生的呢?应力是在三个过程中产生的：一、模具处理的过程：热处理不当，会导致模具开裂而过早报废，特别是只采用调质，不进行淬火，再进行表面氮化工艺，在压铸几千模次后会出现表面龟裂和开裂。

钢淬火时产生应力，是冷却过程中的热应力与相变时的组织应力叠加的结果，淬火应力是造成变形、开裂的原因，固必须进行回火来消除应力。

二、模具加工制造的过程：1、毛坯锻造质量问题：有些模具只生产了几百件就出现裂纹，而且裂纹发展很快。

有可能是锻造时只保证了外型尺寸，而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉长，形成流线，这种流线对以后的最后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大。

2、在车、铣、刨等终加工时产生的切削应力，这种应力可通过中间退火来消除。

3、淬火钢磨削时产生磨削应力，磨削时产生摩擦热，产生软化层、脱碳层，降低了热疲劳强度，容易导致热裂、早期裂纹。

对H13钢在精磨后，可采取加热至510-570℃，以厚度每25mm保温一小时进行消除应力退火。

4、电火花加工产生应力。

模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层，又硬又脆，这一层本身会有裂纹，有应力。

电火花加工时应采用高的频率，使白亮层减到最小，必须进行抛光方法去除，并进行回火处理，回火在三级回火温度进行。

三、压铸生产的过程：1、模温：模具在生产前应预热到一定的温度，否则当高温金属液充型时产生激冷，导致模具内外层温度梯度增大，形成热应力，使模具表面龟裂，甚至开裂。

在生产过程中，模温不断升高，当模温过热时，容易产生粘模，运动部件失灵而导致模具表面损伤。

应设置冷却温控系统，保持模具工作温度在一定的范围内。

2、充型：金属液以高压、高速充型，必然会对模具产生激烈的冲击和冲刷，因而产生机械应力和热应力。

0引言受某客户委托，对其塑胶模具开裂原因进行了失效分析，本失效模具为塑胶模具（试样A ），产品为PA6645%，材质为龙记8407钢，设计寿命30万次，实际寿命18万次。

其外观形貌如图1所示。

8047模具钢含有质量分数为5.3%铬、1.3%钼、0.9%钒的合金元素，采用特殊炼钢技术和严密质量控制得到的高纯，细组织钢材，具有较高的淬透性、高温强韧性以及优良的抗热疲劳能力优良的耐热冲击和抗龟裂能力，被广泛应用于热加工制造的压铸模具[1-2]。

由于失效模具裂纹被破坏掉，无法针对裂纹形貌开展模具失效分析工作，只能从失效模具材质方面展开分析讨论，为此，本工作选择一进口标准8047钢材（试样B ）作为对比样，开展模具失效分析工作，主要工作采用洛氏硬度计对模具硬度进行测试，采用火花放电直读光谱仪对模具材质进行化学成分分析，采用金相显微镜进行金相分析，采用扫描电镜及能谱分析仪对失效模具裂口进行微观形貌及显微组织检测。

1实验部分1.1原料8407钢压铸模具，8047标准钢材。

1.2仪器与设备试样切割机（Q-100B ，莱州市蔚仪实验器械制造有限———————————————————————作者简介:李锋辉（1980-），男，陕西宝鸡人，技术员，中专，主要从事渔具产品的设计和研发工作，同时涵盖模具开发、数控加工、自动化设备、外观设计等方面。

3.2.1简化了连杆计连杆盖的设计要求在进行简化连杆以及连杆盖的设计时，必须按照实际的使用要求进行，具体来说，一方面，为了使连杆设计的更加科学，就必须尽可能的使连杆和连杆盖的分离面保持很好的啮合度，正因如此，在进行连杆分离时的加工工艺是涨断工艺，这大大的促进了连杆与连杆分离面二者相互结合的质量，因而他们的分离面就不需要再次进行相关的机械加工，也就是将分离面的拉小加工和磨削加工的工序省略掉了。

另一方面，因为连杆和连杆盖的分离面是最佳的啮合状态，当连杆和连杆盖装配在一起时，我们完全不需要再增加额外的精确定位工作。

铝合金压铸模具龟裂旳原因及防止措施铝合金压铸模具引起龟裂旳重要原因:(1)模具在压铸生产过程中,铝料温度偏高；(2)模具在压铸生产过程中脱模剂喷洒不合理；(3)模具热处理不理想,重要是硬度(硬度应不不不小于HRC--47)；（4）模具钢材质量不好, 推荐使用８４０７或精练Ｈ１３或更高级材料；（5）模具设计之冷却系统或运水操作不好。

初期龟裂一般状况下是因毛坯锻打起锻温度过高(俗称过烧)过烧是一种不可补救旳缺陷因此应严格控制毛坯制造过程中旳起锻温度.淬火工艺上也如此,并应严格控制加热时间防止脱炭。

材料选择好之后就是热处理了, 在生产了一定旳数量后注意去应力, 尚有就是设计合理, 尽量防止应力集中, 注意Ｒ角旳大小控制！在大概1万模次旳时候,模具要注意回火去应力,内力集中、加工残存应力未清除、压铸过程热应力未得到很好清除, 总之龟裂就是应力集中旳体现, 可以采用多次回火清除应力从而可以增长模具寿命铝合金压铸模具在生产一段时间后会龟裂旳原因重要有如下几点:(1)模具温度偏高应力过大(2)模具模仁材料没有使用８４０７,skd61及其他高品质旳材料,(3)模具热处理硬度过高或过低,4)与否认期保养?5k times1 回火, 15k times1 回火30k times..........預防壓鑄模龜裂問題﹐提高模具使用壽命﹐要做好如下几點﹕1.壓鑄模成型部位(動﹑定模仁﹑型芯)熱處理规定﹕硬度要保証在HRC44~48 (材料可選用SKD61或8407或高品质热作钢)2.模具在壓鑄生產前應進行充足預熱作業,其作用如下﹕2.1使模具達到較好旳熱平衡﹐使鑄件凝固速度均勻并有助于壓力傳遞.2.2保持壓鑄合金填充時旳流動性﹐具有良好旳成型性和提高鑄件表面質量.2.3減少前期生產不良﹐提高壓鑄生產率.2.4减少模具熱交變應力﹐提高模具使用壽命.详细規范如下﹕合金种類模具預熱溫度(℃)鋁合金180~300鋅合金150~2003.新模具在生產一段時間后﹐熱應力旳積累是直接導致模仁產生龜裂旳原因﹐為減少熱應力﹐投產一定時間后旳模仁及滑塊應進行消除熱應力旳回火處理.详细需要消除熱應力旳生產模次如下﹕模具類型鋁合金鋅合金第一次回火＜模次＜10000模次第二次回火＜10000模次＜0模次第三次回火＜30000模次＜50000模次铝合金压铸模承受巨大交变工作应力, 必须从模材, 设计, 加工, 热处理及操作各方面加以注意才能得到长旳模具寿命, 如下是为使模具能达长寿命旳21点要诀：1.高品质模材2.合理设计模壁厚及其他模具尺寸3.尽量采用镶件4.在也许条件下选用尽量大旳转角R5.冷却水道与型面及转角旳间距必须足够大6.粗加工后应去应力回火7、对旳有热处理, 淬火冷却须足够快8、彻底打磨清除EDM硬质层9、型面不可高度抛光10、模具型面应经氧化处理11.如选氮化, 渗层不能太深12.以对旳旳措施预热模具至推荐旳温度13.开始压铸５～20件应使用慢旳锤头速(根据产品旳大小)14.在得到合格产品旳前提下尽量减少铝液温度15.尽量不使用过高旳铝液注射速度及过高旳铸造比压16.保证模具得到合适冷却, 冷却水旳温度应保持在40~50℃17、临时停机, 应尽量合模并减小冷却水量或关闭运水, 防止再开机时模具承受热冲击18、当模型面在最高温度时应关冷却液19、不使用过多旳喷脱模剂20、在一定数量后旳压铸后去应力回火21. 尽量使用模温控制装置。

压铸模具的失效分析随着铝合金压铸模具技术的日趋成熟，锌、铝、镁合金压铸越来越广泛应用于汽车、摩托车、柴油机、电子设备、家用电器等工业及民用产品配件的生产。

然而，压铸模具的早期失效一直是困扰模具生产和使用者的普遍问题，那么，该如何提高模具的使用寿命呢？一、压铸模具的失效压铸模的使用时急热急冷，条件极为恶劣。

以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃。

在铝液注射时，型腔表面温度急剧上升，型腔表面承受极大的压应力。

开模顶件、喷涂脱模亮剂时，型腔表面温度急剧下降承受极大的拉应力。

由于交变温度影响模具型面压缩、拉伸的交变应力的反复作用从而使模具金属因热疲劳而产生龟裂缺陷。

开裂是由于模具的短时间的热应力或机械应力过载而引起的模具整体破损。

模具的侵蚀主要分为三种：1、腐蚀：金属熔液与铁互相扩散并形成金间化合物；2、冲蚀：金属熔液在型腔中流动时所产生的热机械磨损；3、粘著：金属熔液附着在模具型腔表面，顶出产品时带走型面表层金属。

而压陷是因为模具强度不足或金属碎屑附着在模具型面，受到锁模力作用使模具产生的塑性变形。

二、影响压铸模具使用寿命的因素1、钢材对模具寿命的影响因压铸模具恶劣的使用环境，所以要求模具钢材必须具有优良的淬透性、良好的抗高温强度、高的耐磨性、好的韧度、好的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。

●化学成分压铸模具钢的应用广泛和具有优良的特性主要由钢中的C、Cr、Mo、Si、V 等化学成分决定的。

当然钢中杂质元素必须降低，有资料表明,当Rm在1550MPa 时，材料含硫量由0.03%降到0.003%，会使200℃左右时的冲击韧度提高约1-2倍。

北美压铸学会（NADCA 207-2003）标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。

●退火状态均匀的球状珠光体无晶界碳化物●钢材的纯净度杂质是热龟裂发生的起源点杂质无强度，不能抵抗热疲劳、杂质降低钢材的延展性●钢材的均一性钢胚具备近似纵向（锻打延伸方向）、横向机械性质的力学差异各向同性。

基于铝压铸模具的失效形式分析研究摘要：对于铝压铸模具的若干种失效形式进行相应的对比分析，并且对于国内外常用的铝压铸模具材料做出相应的总结分析，关于铝压铸模具材料的应用趋势发展提出相应的观点与建议。

关键词：铝压铸模失效分析模具材料1引言延长铝压铸模具的使用寿命一直都是人们所必须关注的问题。

对铝压铸模具使用寿命有影响的因素有很多种，比如模具设计、模具材料、热处理状态、加工精度、表面处理与工作环境等各个具体方面，其中材料作为对模具寿命影响作用最主要的内在原因[1]。

对于铝压铸模具的失效形式实行具体分析，介绍了国内外范围常用的铝压铸模具材料，并且对于模具材料的实质性发展提出了合理的相关建议。

2铝压铸模具的失效形式2.1热裂热裂是铝压铸模具中最为常见的失效形式。

热裂纹一般构成于模具型腔表面位置或者内部热应力集中位置，如果裂纹产生后，应力将会实行重新分布，当裂纹构成到一定程度时，因为塑性应变会导致应力松弛使得裂纹发生停止扩展。

伴随着循环次数的相应增加，裂纹尖端附近位置会产生一部分小型空洞并且逐步产生微裂纹，和开始阶段产生的主裂纹发生合并，裂纹得以继续扩展，最后裂纹间则会相互连接产生网络状裂纹从而得到模具发生失效。

热裂一般是材料发生热应力疲劳从而产生，即材料处于热应力的作用状态下，因为经过受到反复或着脉动应变从而产生的一种连续的、局部的与永久的组织性质变化[2]。

2.2整体脆断整体脆断是因为偶然因素产生的机械过载或者热过载从而使得模具发生灾难性断裂。

材料的塑韧性是跟这种现象互相对应最主要的力学性能。

材料中会发生严重缺陷或者操作不当，则将会导致整体脆断现象的产生。

伴随着钢中夹杂物含量的降低，特别是S含量的下降，韧性则会得到明显的提高。

2.3侵蚀或冲刷因为机械与化学磨损综合的影响作用，熔融铝合金会以高速状态进到型腔，导致型腔表面发生机械磨蚀，同时金属铝和模具材料产生脆性的铁铝化合物，变为热裂纹新的萌生源。

另外如果铝填充至裂纹之中时，铝和裂纹壁将会形成机械作用，此种作用和热应力发生相应的叠加，增强了裂纹尖端的拉应力，从而促使裂纹扩展的速度。