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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。
压铸铝合金零件失效分析摘要：本文结合工厂地压铸模具地实际失效情况，总结分析了压铸模地主要失效形式，系统地提出了分析压铸模具失效地方法和手段.从工程实用地角度提出了避免早期失效、提高模具寿命地方法.压铸是一种节能、低价、高效地金属成形方式.压铸件具有尺寸精度高,表面光洁，强度和硬度高地特点，一般不需要机械加工或稍经加工便可使用，适合批量生产.但是在使用过程中，由于各种原因压铸模容易失效.关键字：压铸模具失效提高寿命1 压铸模具常见失效形式下面结合工厂实际情况分析了压铸模具地失效形式和失效机理.1.1 热裂热裂是模具最常见地失效形式，如图1所示.热裂纹通常形成于模具型腔表面或内部热应力集中处，当裂纹形成后，应力重新分布，裂纹发展到一定长度时，由于塑性应变而产生应力松弛使裂纹停止扩展.随着循环次数地增加，裂纹尖端附近出现一些小孔洞并逐渐形成微裂纹,与开始形成地主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接而导致模具失效.b5E2RGbCAP1.2整体脆断整体脆断是由于偶然地机械过载或热过载导致模具灾难性断裂.材料地塑韧性是与此现象相对应地最重要地力学性能.材料中有严重缺陷或操作不当，会引起整体脆断，如图2所示.P^anqFDPw1.3侵蚀或冲刷这是由于机械和化学腐蚀综合作用地结果，熔融铝合金高速射入型腔,造成型腔表面地机械磨蚀.同时,金属铝与模具材料生成脆性地铁铝化合物，成为热裂纹新地萌生源.此外,铝充填到裂纹之中与裂纹壁产生机械作用，并与热应力叠加，加剧裂纹尖端地拉应力，从而加快了裂纹地扩展.提高材料地高温强度和化学稳定性有利于增强材料地抗腐蚀能力.DXDiTa9E3d2压铸模具常见失效分析方法为了延长模具地使用寿命，节约成本,提高生产效率，就必须研究模具地失效形式和导致模具失效地原因以及模具失效地内部机理.由于压铸模具失效地原因比较复杂，要从模具地设计、材料选择、工作状态等很多方面来进行分析.图3为压铸模具常见失效分析图.RTCrpUDGiT图3压铸模具常见失效分析方法2.1裂纹地表面形状及裂纹扩展形貌分析失效模具型腔表面主要是冲蚀坑，大小比较均匀，冒口所对部位有明显地冲蚀坑外，表面明显具有一定方向地划痕，划痕上分布有大小不等地铝合金块状物.由于正对浇口部位直接受金属液地冲刷，该部位具有明显地冲刷犁沟，同时可观察到划痕间有裂纹.裂纹从裂纹源出发,并向西周扩展.裂纹内有大量地夹杂物，裂纹边缘有二次裂纹由于模具使用时间短，一般部位表面主要是冲蚀坑和焊合，而浇口所对部位主要为液态金属冲刷形成地犁沟和热疲劳裂纹.5PCzVD7HxA 由于高温液态金属地冲刷，模具型腔表面首先冲击坑及犁沟，模具地表面变得凸凹不平，造成局部应力远远大于名义应力，产生应力集中地现象，这些部位是裂纹产生地危险部位•另外,分布在模具型腔表面地夹杂物，如氧化物、硫化物等，在热循环过程中与基体脱离，直接成为热疲劳裂纹• 一方面夹杂物同集体地弹性模量不同，当热应力及机械力作用时，在其周围形成应力集中。
压铸模具的失效形式及提高其使用寿命的途径近年来压铸生产的迅速发展，为汽车、摩托车的大量零部件提供了一种经济、高效的生产方式。
如何提高压铸模的使用寿命，历来是人们所关心的问题。
压铸模寿命短不但增加产品的成本，而且严重影响生产，成为生产上急待解决的关键问题。
2 压铸压铸模的失效形式2.1 热疲劳裂纹热疲劳裂纹是压铸压铸模最常见的失效形式，占压铸模失效的60％~70％。
由于压铸过程中压铸模反复经受急冷、急热所造成的热应力，导致在压铸模型腔表面或内部热应力集中处逐渐产生微裂纹，其形貌多数呈现网状，又称龟裂，也有呈放射状。
这些在压铸模表面浅层中的微裂纹，一般可以修复掉，如果热疲劳裂纹深入基体内部，修模会导致压铸模尺寸超差，或者由于压铸过程中循环次数的增加，热应力使热疲劳裂纹继续扩展成宏观裂纹，从而导致压铸模的失效。
热疲劳裂纹是热循环应力、拉伸应力和塑性应变共同作用而产生的。
塑性应变促进裂纹的形成，拉伸应力促进裂纹的扩展与延伸。
因此降低温度循环幅、增加压铸模材料强韧性、形成表面压应力，均可推迟或延缓热疲劳裂纹的形成及扩展，从微观分析，热疲劳裂纹往往在晶界碳化物、夹杂物集中区萌生，因此钢质洁净、显微组织均匀的优质热作模具钢有较高的热疲劳抗力。
2.2 整体脆性开裂整体脆性开裂是由于偶然的机械过载或热过载而导致压铸模灾难性断裂。
材料断裂时所达到的应力值一般都远低于材料的理论强度，由于微裂纹的存在，受力后将引起应力集中，使裂纹尖端处的应力比平均应力高得多。
压铸模脆性开裂引起的原因很多，诸如压铸操作失常引起的机械过载、热冲击，压铸模设计不合理产生应力集中等等。
材料的塑韧性是与此现象相对应的最重要的力学性能。
模具钢中夹杂物的减少，韧性将明显提高。
在实际生产中，整体脆断的情况较少发生。
2.3 溶蚀或冲蚀熔融的金属液以高压、高速进入型腔，对压铸模成形零件的表面产生激烈的冲击和冲刷，造成型腔表面的机械冲蚀，高温使压铸模硬度下降，导致型腔软化，产生塑性变形和早期磨损。
探讨提高压铸模具寿命的具体措施探讨提高压铸模具寿命的具体措施（一）在这里谈谈压铸模失效的形式和原因，从模具材料、热处理、设计、制造加工，从压铸工艺、生产操作、模具使用维护等多方面，探讨影响模具寿命的因素和具体的对策措施。
致使压铸模失效的主要形式是：①热胀冷缩的交变应力，长期频繁的反复循环，在模具表面出现热疲劳龟裂裂纹；②由于热应力及机械应力引起的模具整体开裂、破损；③在压射力和热应力的作用下，模具会在强度最薄弱处萌生裂纹，使型腔碎裂；④化学腐蚀、机械磨损、冲刷侵蚀、熔损侵蚀造成的模具侵蚀；⑤受到锁模、插芯压力和充填压力作用使模具产生的塑性变形。
这些模具失效缺陷出现的原因是复杂多样的，下边从实际应用方面探讨一些提高压铸模具寿命的具体措施。
探讨提高压铸模具寿命的具体措施（二）1. 选用压铸模具材料应注意的事项模具材料要具有良好的切削加工性，易于精加工；有高的热处理淬透性，使淬火后内部和表面的组织和性能均匀，且尺寸变形小；持久的耐高温塑性和耐热疲劳强度，使模具不会过早的出现龟裂；高的高温强度、硬度和高温耐磨损性能，热膨胀系数小，保证模具使用过程中尺寸的稳定性；高的抗液态压铸合金化学侵蚀和机械冲蚀的能力，防止模具粘模和熔损缺肉；具有高的高温耐氧化性，常温耐腐蚀性，不容易发生锈蚀的现象。
为提高冲击韧度，目前常用的H13钢的化学成分纯净度要求：优级钢含硫量要小于0.005%；超级H13钢要求含硫小于0.003%，和含磷小于0.015%。
钢的晶界无共晶碳化物夹杂，大块状的共晶碳化物和杂质强度极小，不能抵抗热疲劳，降低了钢材的延展性，是龟裂发生的起源点。
要使用电渣重熔炉的精炼钢,它不仅纯净度高，还具有组织致密，优良的热疲劳抗力，抗热裂性好,优良的韧性及延展性,优良的抛光性,较好的异向等同性能。
钢材的均一性要求材料的组织要均匀,钢胚具备任意方向机械性能同性,不要有纵、横、深方向的性能差异。
正确选用模具材料，采用高强度合金材料可以提高模具使用寿命。
压铸模具失效形式以及如何提高寿命压铸模具是压铸生产中最重要的零部件之一，它承担着压铸工艺中的成型和冷却功能，是压铸产品质量和产量的关键因素之一。
然而，由于压铸模具在工作过程中受到高温高压的影响，加之工作频次高，很容易出现失效现象。
本文将探讨常见的压铸模具失效形式以及如何提高其寿命。
一、压铸模具失效形式1. 疲劳失效。
由于模具在压铸生产中的高频使用，反复受力反复工作，易产生疲劳失效。
疲劳失效分为低应力疲劳和高应力疲劳，低应力疲劳主要表现为模具表面开裂、裂纹扩展；高应力疲劳主要表现为模具出现断裂现象。
2. 磨损失效。
在模具定向移动过程中，会磨损模具表面，削减模具尺寸精度，造成松动和失效。
磨损失效分为粘着磨损、磨粒磨损、抛光磨损等。
3. 腐蚀失效。
模具在高温高压下与铝合金反应，会导致腐蚀失效。
大量的铝合金氧化物和废气产生，这些氧化物会在模具表面附着、腐蚀，严重影响模具的使用寿命。
4. 热疲劳失效。
在模具与铝合金摩擦过程中，会产生大量的热量，造成热膨胀和收缩，导致热疲劳失效。
热疲劳失效不可逆，一旦发生，模具寿命会大幅缩短。
二、提高压铸模具寿命的方法1. 优化模具设计。
在模具设计阶段，可以采用耐热合金、表面渗碳处理等技术和材料，以提高模具的耐热性、耐腐蚀性和耐磨损性。
2. 加强模具维护。
定期对模具进行清洁和润滑，对磨损严重的模具进行翻新和更新，是提高压铸模具寿命的必要手段。
维护模具还可以准确的检测模具工作情况，及时调整和修复模具。
3. 优化压铸工艺。
优化压铸工艺，可以减少模具的应力和疲劳程度。
通过优化压铸工艺可以选择合适的铝合金材料和合理的工艺参数，具有重要的提高模具使用寿命和生产效率的作用。
4. 加强模具管理。
科学的模具管理，可以提高压铸模具的使用效率和寿命。
包括模具存储、模具抽检、模具保养四个方面。
结论：压铸模具是压铸产品质量的关键环节，模具失效会影响生产效率和生产成本，甚至还会产生质量问题。
因此，提高压铸模具的寿命是非常重要的。
铝合金压铸模的寿命解析
杨凌平;丁文伟
【期刊名称】《模具技术》
【年(卷),期】1999(000)002
【摘要】对影响铝合金压铸模使用寿命的若干因素，如压铸件自身结构、形貌、
模具设计方案、模具材料选择、锻造方法、加工工艺、模具的正确使用、维护和保养等方面进行了优化讨论，重点阐述了热处理方法对铝合金压铸模寿命的重大贡献，并对铝合金压铸模的成品淬火工艺方案进行了比较完善的介绍。
【总页数】7页(P83-89)
【作者】杨凌平;丁文伟
【作者单位】河南川光电子光学仪器厂;河南川光电子光学仪器厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG249.2
【相关文献】
1.铝合金油底壳压铸模失效分析及提高使用寿命途径 [J], 周友松;张永亮;熊英
2.提高铝合金压铸模寿命的途径 [J], 彭淑君;杨永泉
3.影响4Cr5MoSiV1类钢铝合金压铸模使用寿命的要素 [J], 薄鑫涛;唐在兴
4.铝合金压铸模具失效分析及寿命提高措施 [J], 夏家引
5.铝合金压铸模具热疲劳寿命试验研究 [J], 康进武;游锐;聂刚;郝小坤;龙海敏;王天骄;黄天佑
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浅谈延长压铸模具寿命文/宁波辉旺铸模实业有限公司/曲道理压铸模具寿命是考量模具质量的重要指标，同时也是影响压铸企业经济效益的重要因素。
因此，提高压铸模具寿命，无论对于压铸模具使用企业的经济利益，还是减少资源浪费的社会效益，都是非常有利的。
对于压铸模具，特别是铝合金压铸模具，由于铝合金熔点较高，压射速度较快，压射压力大，模具寿命相对于注塑、低压铸造等模具要低很多，一般在四万至十几万模次。
因此，如何延长压铸模具寿命更值得我们研究、探讨。
一、影响压铸模具的因素从压铸模具的使用特性来看，模具损坏无法使用主要表现几点：一是模具老化，表面龟裂，影响外观，同时由于龟裂造成零件表面出模拉伤或铸件变形，造成模具无法使用；二是模具开裂，无法使用；三是模具故障频繁如滑块卡死，模具窜铝等造成模具无法使用，或勉强使用压铸效率极低。
而造成压铸模具损坏的主要原因是：压铸模具在使用中，一方面模具受铝液的高速冲击以及高压冲击，压射过程实际上是喷射过程，在压铸过程中一般内浇口速度达到30-70米/秒，而填充压力一般在400-900公斤/平方厘米，冲击的压力和速度都非常大；另一方面，铝液温度较高，压铸模具一直处于热涨冷缩的往复疲劳状态，模具型腔部分温度基本上一直在160度-350度来回变化，模具急冷急热，不停的热涨冷缩。
因此，模具损坏主要的是受冲击、受压、涨缩，造成疲劳，或变形、或表面龟裂、或整体开裂，造成模具损坏。
因此模具延寿应主要从减少冲击速度、压力，降低温度、减少涨缩以及提高抗疲劳强度、提高抗冲击等方面入手。
二、提高压铸模具寿命途径提高压铸模具寿命途径很多，应该主要从四个方面入手：一是模具材料，二是模具设计，三是模具制造，四是模具使用和维护。
（一）模具材料模具材料以及材料的热处理是影响模具寿命的主要因素，模具材料包括型腔材料和套板材料。
1.型腔材料型腔材料以及热处理是影响模具寿命的主要直接因素，前面讲到模具损坏在型腔上主要表现为两种形式，一是开裂，二是表面龟裂。
浅谈铝合金压铸模具失效的原因与寿命的关系
【摘要】本文对三套铝合金过流继器底座压铸模具使用寿命与模具工况条件、结构、材质等进行分析，对失效样品出现的脆断和热机疲劳、使用寿命与材料性质之间关系进行了探讨。
结果表明:(1)铝合金压铸模具失效和寿命与材质密切相关，用3CrZWS模具钢回火HRC43-48 并经氮化的使用寿命较高;(2)热机应力大, 材料抗力不足是压铸模产生疲劳、脆断的主要原因;(3)严格控制工艺和加强产品质量管理是生产、使用部门减少失效损失，提高使用寿命的重要环节。
【关键词】使用和失效情况；原因分析
0.前言
压铸模具是在高温高压下液体金属的反复冲击及热腐蚀条件下工作的模具。
由于这类模具通常制造费用高，周期长，模具使用寿命短、过早失效的间题严重影响着压铸产品的质量和生产的正常进行。
下面我们对三套失效的过流继电器底座铝合金压铸模具样品，从其工作条件、失效部位结构、材料组织、性能、工艺等方面与使用寿命进行对应分析，并在宏、微观分析基础上探讨该类模具失效的原因和预防过早失效的可能途径。
1.压铸模具的使用和失效情况
1.1模具使用条件
过流继电器底座产品是属于中型铝合金压铸件，模具型腔尺寸约为230×140(毫米)，模具外型尺寸约为300又30(毫米)。
由于产品结构要求，模具型腔内有十多处孔、销钉、沟槽等形状较为复杂。
压铸设备为J1125(也称250T )和J1140(也称400T)，铝合金压铸温度为60℃左右, 模具外套用玲却水管冷却模具。
所采用的压铸模具材料为3Cr2W8。
规定的热处理工艺为1050-1100℃油淬火,经580℃-62℃二次回火，要求HRC4-48，而后经气体氮化570℃7-10小时。
实际生产中由于条件限制未能严格按此工艺执行。
1.2模具的失效情况
从生产中选出三套失效的压铸模具样品共 6 件，使用周期有几年时间的、也有几个月时间的，分别代表了该套模具失效部位和裂纹萌生源区。
2.压铸模失效原因分析
压铸模具失效主要有三种形式：
①热疲劳龟裂损坏失效；②碎裂失效；③溶蚀失效。
致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。
也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。
模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。
①模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。
为此，一方面压铸起始时模
具必须充分预热。
另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。
同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。
因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。
②碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。
而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。
为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。
另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
③熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。
当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。
但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。
3.结论
目前在模具生产和使用部门, 存在着工艺的管理和技术要求比较混乱的现象, 应引起有关部门领导和技术工程人员的极大重视。
对3Cr2W8压铸模具应控制热处理硬度HRC42-，48,回火充分析出弥散均匀的组织并经氮化处理, 以利于减少过早失效和延长使用寿命。
为防止模具早期失效，得到较高的模具寿命，采取以下方面的措施：①好结构设计；②选用好的材料；③良好的热处理工艺；④良好的表面处理技术。
这些对延长模具寿命都是至关重要的。
铸模是铝合金压铸加工中的重要工装，它在产品成本中占有较大的比率。
生产实践证明：模具材料和材质以及最佳的热处理工艺是提高压铸模使用寿命的关键因素，占总因素的65％。
同时，也要把握好模具设计、制造、科学管理、工作环境、使用维护和保养、新材料的开发研究等诸多因素，只有把这些影响因素看成是一个系统工程，各道工序严格把好关，才能使模具寿命达到最高值，从而降低成本，提高经济效益。
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