H13鋼類熱作模具鋼，由于其優良的淬透性、淬硬性以及在室溫和高溫下的良好性能而廣泛應用于要壓鑄模、熱鍛模和熱擠壓模和冷熱疲勞抗力的壓鑄模。目前鋁合金壓鑄模具多采用H13鋼。，我司亦采用該鋼種制作模具抽芯。但是在實際生產中某款鋁合金壓鑄模具的抽芯頻繁發生斷裂，現對該斷裂進行分析，找出合理可行的避免斷口頻繁的方法勢在必行。

　　1.分析

　　（1）宏觀斷口分析

　　該抽芯結構如圖1所示，截面為橢圓形抽芯，長軸大約80mm，短軸大約50mm，斷裂大致在圖1中橫線附近。在壓鑄生產過程中，上下反復抽芯，生產約1.3萬模次即發生斷裂，可以看到內腔通有冷卻水路，斷口如圖2所示。整個斷面分為初始斷裂區，裂紋擴展區和最后斷裂區。根據斷口紋路判斷，裂紋源在圖3中所示型腔內壁位置，呈現臺階狀，屬于多源斷口，在隨后的反復抽芯過程中，裂紋擴展并最終斷裂。

　　

   （2）成分分析

 　　對抽芯橫截面取樣，直讀光譜分析儀實測化學成分如附表所示，可以看到該抽芯的化學成分符合H13鋼的標準。

　　該模具鋼實測的化學成分（質量分數）與H13鋼化學成分比較（%）

　　C Cr Mn Mo Si V

 　　H130.37～0.425.0～5.50.2～0.51.2～1.750.8～1.20.8～1.2

　　實測0.395.20.41.51.00.9

　　（3）顯微分析

　　從工件開裂部位切取縱向和橫向樣塊，經磨制拋光腐蝕后觀察如圖4和圖5所示。縱向來看金相組織，根據北美壓鑄協會的帶狀組織/微觀不均勻度評級標準《NADCA#207-2003》，該帶狀組織等級屬于可接受的范圍，且碳化物細小分布均勻。橫向來看金相組織，基體為回火馬氏體和細小的碳化物，晶粒度7～8級;洛氏硬度46～48HRC，符合硬度要求。金相組織正常，不是造成抽芯斷裂的原因。

 　　沿著裂紋源縱向剖開，觀察內腔壁附近金相組織情況，發現內腔壁非常粗糙并有大量橫向裂紋，如圖6所示。

　　與生產人員溝通得知，抽芯內腔由電火花加工而成，之后無其他處理便投入生產。追溯當時的電火花加工工藝，并在一塊新的H13模具鋼樣塊上還原電火花加工過程，金相分析如圖7所示，根據當時的加工工藝，電火花白亮層最深可達50μm厚，且電火花加工后白亮層上立即就出現了微裂紋。由于該抽芯的內腔采用該電火花加工工藝，必然產生較厚的白亮層和較多的微裂紋。在實際生產過程中，壓鑄模具一般在較高的溫度下生產，在每一模次的生產過程中，模具抽芯表面吸收鋁合金熔體在凝固過程釋放的熱量，繼而向內層產生熱傳遞，而內層由于冷卻水的存在而使內腔溫度很低，這樣抽芯內腔附近在冷熱交替反復的環境下，微裂紋勢必擴展而逐步發展成大量的橫向裂紋。

 　　考慮到抽芯內腔長期被冷卻水包圍，水質就是普通的自來水，這樣的環境下極易發生腐蝕，如圖8所示。橫向裂紋內已有大量腐蝕產物。在抽芯的冷卻水路中，當水溫到達60℃以上時，鈣鎂離子很容易分解結垢，當水冷卻后，冷卻水中的微溶物質結晶析出，在抽芯型腔內表面結成硫酸鈣、碳酸鈣等水垢。水中所含溶解性氣體、腐蝕性鹽類等電解質與H13模具鋼接觸時，因為電解質的作用，使模具鋼表面析出Fe2+，內腔表面遭到腐蝕。同時，空氣中的塵土，雜物混入冷卻水中，致使微生物繁殖，加速模具抽芯的腐蝕。

 　　這樣，在電火花加工的微裂紋和冷卻水對模具腐蝕的綜合作用下，在抽芯上下反復抽取的過程中，橫向裂紋不斷擴展，最后斷裂。

　　2.改進及效果

 　　基于上述斷裂的原因，必須對電火花加工工藝予以改進。以往為了提高生產效率，常常采用大電流加工內腔，產生的白亮層很厚，為了減小白亮層的影響，必須采用小電流精加工，同時加強電極本身的光潔度。當然也要考慮生產效率，經過多次調整，最后選擇合適的加工工藝，將白亮層減小至平均10μm左右，如圖9所示。

 　　在此之后必須去除白亮層，但是人工打磨必然造成打磨面粗糙不平的情況，凹凸不平的表面也會成為斷裂的起始點。為了最大限度減少這種不平表面，采用電解拋光的方法。被拋光的抽芯內腔為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極同時浸入到電解槽中，通以直流電而產生有選擇性的陽極溶解，從而減少型腔內表面粗糙度，達到表面光潔的效果。

 　　為了減少抽芯內腔冷卻水對內壁的腐蝕作用，在冷卻水內添加一定量的緩蝕劑和阻垢劑。在以上措施的保護下，目前抽芯生產8萬余模次依舊良好，無斷裂傾向。

　　3.結語

 　　(1)模具電火花加工后必須去除白亮層，電解拋光型腔表面，增加光潔度，防止微裂紋產生及擴展。

 　　(2)在普通自來水的環境下，通冷卻水路的抽芯型腔會發生腐蝕進而引發斷裂。在冷卻水內添加定量的緩蝕劑和阻垢劑后，有效的減少了腐蝕的發生，延長模具壽命。