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        H13鋼模具失效原因及解決方法
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        H13鋼模具失效原因及解決方法

        時間:2020-08-29 12:00:16 點擊次數:

          H13(4Cr5MoSiV1)是國際上廣泛使用的熱作模具鋼,它具有較高的熱強度和硬度、高的耐磨性和韌性、較好的耐熱疲勞性能,廣泛應用于制造各種鍛模、熱擠壓模以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。熱作模具鋼工作時承受很大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環引起的熱應力以及高溫氧化,常常出現崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。

          H13鋼模具失效影響因素比較復雜,主要有材料、設計、制造和使用四個方面。

          1.化學成分和冶金質量

          失效原因:H13鋼屬于過共析合金鋼類型,組織中存在較多的非金屬夾雜物、碳化物偏析、中心疏松及白點等缺陷,在很大程度上降低模具鋼的強度、韌性及熱疲勞抗力。

          解決方法:H13鋼根據質量一般分為普通H13鋼和優質H13鋼。優質H13鋼由于采用了較先進的生產工藝,鋼質純凈,組織均勻,偏析輕微,具有更高的韌性及熱疲勞性能。普通H13鋼則必須進行改鍛,以擊碎大塊非金屬夾雜,消除碳化物偏析,細化碳化物,均勻組織。

          2.模具設計

          失效原因:外形尺寸不合格,圓角半徑過小,扁寬薄壁截面壁厚差懸殊及孔、槽位置不合適等。

          解決方法:

          a設計模具時應根據成形零件的材料和幾何尺寸確定模塊的外形尺寸,以保證模具的強度。

          b過小的圓角半徑、壁厚差懸殊的扁寬薄壁截面及孔、槽位置不合適等很容易在模具熱處理和使用過程中引起過大的應力集中而萌生裂紋。因此,在模具設計中盡量避免尖角,孔、槽位置應合理布置。

          3.制造工藝

          (1)鍛造工藝

          失效原因:H13鋼中合金元素含量較多,鍛造時變形抗力較大,且材料的導熱性能較差,共晶溫度較低,稍不注意就會過燒。

          解決方法:加熱時應在800~900℃區間預熱,然后再加熱至始鍛溫度1065~1175℃。為擊碎大塊非金屬夾雜,消除碳化物偏析,細化碳化物,均勻組織,鍛造時要反復鐓粗拔長,總鍛比大于4。在鍛造后的冷卻過程中,有產生淬火裂紋的傾向,易在心部產生橫向裂紋。因此,H13鋼鍛后應進行緩慢冷卻。

          (2)切削加工

          失效原因:切削加工的表面粗糙度對模具熱疲勞性能有很大影響,模具型腔表面應獲得較低的表面粗糙度,不能留有刀痕、劃傷和毛刺。這些缺陷引起應力集中,誘發熱疲勞裂紋萌生。

          解決方法:在加工模具時復雜部位圓角半徑過渡處要防止留有刀痕,孔、槽邊緣和根部的毛刺要打磨掉。

          (3)磨削加工

          磨削過程中,局部摩擦生熱容易引起燒傷和裂紋等缺陷,并在磨削表面生成殘余拉應力,從而導致模具過早失效。磨削熱引起的燒傷可以使H13模具表面發生回火直至生成回火馬氏體,脆性未回火馬氏體層會大大降低模具的熱疲勞性能。如果磨削表面局部升溫達800℃以上,并且冷卻不充分時,則表層材料會被重新奧氏體化并淬火成馬氏體,因而模具表面層會產生很高的組織應力,同時磨削過程中模具表面溫升極快會引起熱應力,組織應力和熱應力疊加容易造成模具產生磨削裂紋。

          (4)電火花加工

          失效原因:電火花加工是現代模具制造過程中不可缺少的精加工手段?;鸹ǚ烹姇r,局部的瞬時溫度高達1000℃以上,使放電處的金屬熔化和氣化,在電火花加工表面有一薄層被熔化而又重新凝固的金屬,其中有許多顯微裂紋。在顯微鏡下這一薄層金屬呈白亮色,即白亮層。

          研究表明,對于高合金化的H13鋼,電火花加工形成的表面白亮層的顯微組織為初生馬氏體、殘余奧氏體和共晶碳化物,未回火的初生馬氏體存在大量顯微裂紋。H13鋼制模具在工作中承受載荷時,這些顯微裂紋很容易發展為宏觀裂紋,導致模具易出現早期斷裂和早期磨損。

          解決方法:H13鋼模具經電火花加工后應重新回火,以消除內應力,但回火溫度不要超過電火花加工前的最高回火溫度。

          (5)熱處理工藝

          失效原因:合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需要的力學性能,提高模具的使用壽命。但是如果因熱處理工藝設計不當或操作不當而產生熱處理缺陷,將嚴重危害模具的承載能力,引起早期失效,縮短工作壽命。熱處理缺陷有過熱、過燒、脫碳、開裂、淬硬層不均勻和硬度不足等。

          解決方法:H13鋼模具在服役一定時間后,當積累的內應力達到危險的限度時,應對模具進行去應力回火,否則模具在繼續服役時將會由于內應力引起開裂。

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