H13钢铝合金压铸模具失效分析及寿命提高措施Word文件下载.docx

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1000-8365（2015）04-0929-03

ReasonAnalysisforFailureofH13DieSteelforAluminumAlloy

DAIBing,HUXiaotao,YUANShiping

（CollegeofMaterialScienceandEngineering,ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing400054,China）

Abstract:

ThefailurereasonanalysisonH13diesteelfbraluminumalloywerestudiedbychemicalcomponentanalysis,hardnesstesting,microstructureandEDSanalysis.Theresultsshowthatthemainreasonsfbrfailurearethedroppedofmoldcavity'

sredhardness,andtheweakwearandcorrosionresistance.Theservicelifeofthediecanbeimprovedbyusingreasonableheattreatmentprocessandsurfacehardeningtechnology.

Keywords:

die-castingdie;

failure;

heattreatmentprocess;

surfacehardening

H13钢铝合金压铸模具工作时，熔融的高温金属液以高压、高速进入模具型腔，对模具型腔表面产生激烈的冲击和冲刷，造成型腔表面机械冲蚀，高温使压铸模具硬度下降，导致型腔软化，产生塑性变形和早期磨损，降低模具的使用寿命田。

压铸模具失效使其寿命缩短不但增加产品的成本，而且严重影响生产，成为生产上急需解决的关键问题。

本文通过化学成分分析、硬度测试、显微组织分析、微观形貌观察、能谱分析等手段，分析H13钢铝合金压铸模具的失效原因。

1铝合金压铸模具失效背景和失效原因分析

1.1失效背景

图1为某失效压铸模具的型芯和型腔结构。

其加工工艺为：

下料一锻造一■球化退火一铢削加工一＞淬火―粗磨T精磨―电火花成形加工一研磨抛光。

材料为H13钢，经1030°

C淬火和两次600-620°

C回火后，基体硬度达到46-49HRC,模具的耐磨性、

收稿日期:

2014-04-27

作者简介：

代兵（1971-）,重庆人，硕士，副教授.研究方向：

精密塑性成形及模具技术、非传统加工及模具数字化制造.电话：

13983862804:

E-mail:

daibing@抗疲劳性、耐蚀性等有所提高。

铝合金浇注温度为670°

C,模具预热温度为200°

C,慢/快压射速度分别为0.3m/s和3.0m/s，慢/快压射距离分别为350mm和70mm,模具使用3000次，在模具型腔表面出现了少量龟裂现象，底部凹角处有冲蚀痕迹。

如果模具再继续使用，模具型腔表面缺陷会更大，影响产品的外观质量。

（a）模具型芯 （b）模具型腔

图1失效模具的型芯和型腔结构

Fig.lMoldcoreandcavitystructureofthefailuredie

1.2失效原因分析

表1为模具失效前后的化学成分。

可以看出，失效模具钢的材质符合标准。

H13钢为中碳钢，碳的质量分数为0.32%〜0.45%,以保证高硬度、高韧性和较高的热疲劳抗力回。

表2为失效模具表面的显微硬度测试结果。

可以看出，模具失效位置表面硬度偏低，最低值为46.1HRC,失效模具表面的平均硬度低于基体硬

元素

C

Si

Mo

V

Cr

Mn

P

S

H13钢

0.32-0.45

0.80-1.20

1.10-1.75

4.75-5.50

0.20-0.50

W0.030

失效模具

0.35

1.00

1.50

0.98

4.92

0.42

0.02

表1模具失效前后的化学成分w（%）

Tab.lChemicalcomponentofthedie

度。

压铸模具在工作过程中，型腔处在高温的铝合金液体中，铝合金液体温度高达670°

C甚至更高，型腔温度可达300-400°

C，局部高达500-600°

C,高温使压铸模型腔软化。

由于失效部位局部温度过高，此部位受到不断冷热循环作用，加上金属液不断地冲刷，使模具型腔的表面硬度下降叫因此，提高压铸

模具型腔的高温硬度可以减少由于高温金属液体对型腔冲蚀作用而产生的磨损。

图2为失效模具表面不同位置的微观组织。

可以看出，模具表面有许多小坑以及由坑组成的沟槽，缺陷的方向性很强，同-个方向的坑比较多。

初步判定模具表面的失效为冲蚀磨损。

此外，还存在-定的疲劳磨损，因为小坑附近有塑性变形的痕迹，塑性变

形金属流动方向与摩擦的方向一致性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。

此外，在充填过程中，高温金属液中的杂质和熔渣对压铸模成形表面会产生复杂的化学

作用，产生化学腐蚀，熔融金属液逸出气泡使型腔气蚀，这些机械和化学腐蚀综合作用都在加速表面的

（a）型腔侧壁 （b）型腔底面 （c）型腔内表面

图2失效模具的微观组织

Fig.2Microstructureofthefailuredie

腐蚀和裂纹的产生m。

因此，提高压铸模的高温强度和耐腐蚀性有利于增强其抗侵蚀能力。

图3为模具失效部位的表观微观形貌（SEM）O可以看出，模具表面出现很多小坑，坑里面存在很多球形颗粒。

EDS能谱分析结果表明，这些球形颗粒的主要组成元素是C、Si、Mo、V、Cr、Mn和Fe,与模具材料的元素组成基本…致。

此外，球形颗粒中，Mo

元素的含量明显高于基体，这是由于坑边缘的Mo受金属液侵蚀转移到了坑内。

可见，模具失效是模具型腔表面磨损造成的，提高模具的耐磨性有利于提高模具的寿命。

综合所述，压铸模具失效的主要原因是模具型腔的高温硬度下降，耐磨性和耐腐蚀性不够，模具型腔在高温金属液体的冲击下发生了磨损和腐蚀。

（a）球形颗粒位置

图3失效部位微观组织与EDS结果

Fig.3MicrostructureandEDSresultsofthefailuredie

硬度（HRC）

失效表面47.6

48.449.347.046.150.047.849.549.147.5

平均值

48.2

材料基体

50.3

表2失效模具表面硬度测试结果

Tab.2Surfacehardnessofthefailuredie

2提高模具型腔硬度、耐磨性及耐腐蚀性的措施

2.1改进热处理工艺

H13钢经1050°

C淬火（保温200s,温水冷却）后再在560-600°

C下回火2h,可使其硬度达到48-52HRC。

采用同样的回火工艺进行二次回火后，其组织更加稳定和均匀，且硬度适中，有利于提高压铸模具的使用寿命叫

2.2表面强化处理

（1） 离子氮化处理。

实践表明,H13钢常规淬火，回火后，再经过520°

Cx4h的离子氮化，有利于提高H13钢的耐磨性、耐蚀性及抗热疲劳性。

（2） 碳氮共渗处理。

可以提高H13钢的韧性和耐磨性，并且比一般氮化更具热疲劳性。

（3） 多元共渗。

H13钢的红硬性、耐磨性、热疲劳抗力明显提高，与普通氮化相比，模具寿命提高几倍时。



3结论

（1） H13钢铝合金压铸模具失效的主要原因是模具型腔的红硬性下降，耐磨性和耐腐蚀性不够，在高温金属液体的冲击下模具型腔产生磨损和腐蚀。

（2） 通过改进热处理工艺和对模具型腔表面进行处理，可以提高模具型腔的红硬性、耐磨性和耐腐蚀性。

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