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铝合金压铸模具的失效分析及寿命提高措施

铝合金压铸模的服役条件较为苛刻,铝合金熔体的温度通常在80℃ 左右,其充填速度为50~180m/s,成形周期较短,一般在2min以内。如果压铸模存在机械加工、热处理工艺不当等问题,当压铸模表面承受循环热应力时,易发生热疲劳龟裂、断裂、塑性变形等,从而降低压铸模的使用寿命。因此,研究铝压铸模的机械加工工艺与热处理工艺对压铸模寿命的影响,有实际意义。

1 铝压铸件压铸模失效分析

某铝压铸件压铸模结构见图1,尺寸为800mm×600mm×200mm,材质为h13钢。压铸模加工工艺为:下料→锻造→球化退火→铣削加工→淬火→电火花成形加工→研磨抛光。经热处理(600、850℃分级加热+1100℃真空油淬+570℃二次回火),硬度(hrc)达到48~50,符合设计要求。生产200模后,压铸模内凹角处出现裂纹,继续生产到500模时压铸模出现明显龟裂纹,裂纹宏观形貌见图2。在压铸模裂纹附近线切割取样,其金相组织见图3。

图1压铸模

从图3看出,h13钢组织有灰白相间的条纹分布,表明组织中存在较多的非金属夹杂与一定碳化物偏析。灰色区内大量存在较细小的回火马氏体,而残留奥氏体较少;白色区内存在较多的残留奥氏体,且竹叶状回火马氏体较粗大。

原因分析:①由于压铸模型腔截面尺寸较大,h13钢导截面尺寸效应较明显,选择淬火温度较高,保温时间长。一方面局部奥氏体过饱和碳浓度偏高,晶粒变粗大,经回火后马氏体粗大,其组织内应力较大,另一方面组织中存在大块状的碳化物,在热处理中会造成局部脆化,导致压铸模型腔韧性差;②放电加工过程中,由于h13钢含碳化物较大,需要放电能量较大,及放电尖角效应导致凹角处放电集中,从而导致导致局部电流值过大,在型腔凹角处形成的微裂纹深度较深,研磨抛光变质层后微裂纹依旧存在,且存在较大拉应力;③压铸模工作时,受到铝液包裹挤压在内凹角处产生较大拉伸力,铝液使压铸模工作表面受热膨胀,产生压应力,压铸件脱模后,由于向压铸模工作表面喷撒冷却剂,使压铸模工作表面急剧冷却而收缩,产生切向拉应力,热交变应力与拉伸应力在型腔内凹角处产生叠加,加之压铸模型腔的韧性不足与微裂纹的存在,从而出现宏观裂纹,继而发展成龟裂。综上分析,压铸模热处理及放电加工导致内凹角处存在缺陷,在交变热应力作用下,压铸模出现龟裂失效。

发布时间:   来源:河南机电高等专  作者:丁海
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