H13鋼(gang)類熱作模具(ju)(ju)鋼(gang)，由于(yu)(yu)其優良的(de)淬(cui)透性(xing)、淬(cui)硬性(xing)以及在室溫和(he)高溫下(xia)的(de)良好性(xing)能而(er)廣泛應(ying)用于(yu)(yu)要壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模、熱鍛模和(he)熱擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)模和(he)冷熱疲(pi)勞抗力的(de)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模。目前鋁(lv)合(he)金(jin)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)(ju)多(duo)采用H13鋼(gang)。，我司亦采用該(gai)鋼(gang)種(zhong)制作模具(ju)(ju)抽(chou)芯(xin)(xin)。但是在實際生產中(zhong)某款(kuan)鋁(lv)合(he)金(jin)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)(ju)的(de)抽(chou)芯(xin)(xin)頻繁發生斷(duan)裂(lie)，現對該(gai)斷(duan)裂(lie)進行(xing)分析(xi)，找出合(he)理可行(xing)的(de)避免斷(duan)口頻繁的(de)方法勢在必行(xing)。

　　1.分析

　　（1）宏觀斷口分析(xi)

　　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(cheng)分(fen)分(fen)析(xi)

　　對抽芯橫截面(mian)取樣(yang)，直(zhi)讀光譜分(fen)析儀(yi)實(shi)測(ce)化學成(cheng)分(fen)如附表所(suo)示(shi)，可(ke)以看到該抽芯的化學成(cheng)分(fen)符合H13鋼(gang)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(yan)著裂紋(wen)源縱向(xiang)剖(pou)開，觀察內腔壁(bi)附近金相組織情況，發現內腔壁(bi)非(fei)常粗糙(cao)并有大量橫(heng)向(xiang)裂紋(wen)，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(dao)抽芯(xin)內(nei)腔(qiang)(qiang)長期被(bei)冷卻(que)(que)水(shui)(shui)包圍，水(shui)(shui)質就是普通的(de)(de)自來水(shui)(shui)，這樣的(de)(de)環境下(xia)極易發(fa)生(sheng)腐(fu)(fu)蝕，如圖8所示。橫向裂(lie)紋(wen)內(nei)已有大量腐(fu)(fu)蝕產物(wu)(wu)。在抽芯(xin)的(de)(de)冷卻(que)(que)水(shui)(shui)路(lu)中(zhong)(zhong)，當水(shui)(shui)溫到(dao)達60℃以上時，鈣(gai)鎂離子很容(rong)易分解結垢(gou)，當水(shui)(shui)冷卻(que)(que)后，冷卻(que)(que)水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)微溶物(wu)(wu)質結晶析出，在抽芯(xin)型腔(qiang)(qiang)內(nei)表(biao)面(mian)結成硫酸鈣(gai)、碳酸鈣(gai)等水(shui)(shui)垢(gou)。水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)所含溶解性(xing)氣體、腐(fu)(fu)蝕性(xing)鹽類等電解質與H13模(mo)(mo)具(ju)鋼接觸時，因為電解質的(de)(de)作用，使(shi)模(mo)(mo)具(ju)鋼表(biao)面(mian)析出Fe2+，內(nei)腔(qiang)(qiang)表(biao)面(mian)遭到(dao)腐(fu)(fu)蝕。同時，空氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)塵土，雜物(wu)(wu)混入(ru)冷卻(que)(que)水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)，致使(shi)微生(sheng)物(wu)(wu)繁(fan)殖，加(jia)速模(mo)(mo)具(ju)抽芯(xin)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕。

　　這樣(yang)，在電火花加工的微裂(lie)(lie)紋和冷卻水對模具腐蝕(shi)的綜合作用下，在抽芯(xin)上(shang)下反復抽取(qu)的過程中，橫向(xiang)裂(lie)(lie)紋不斷(duan)擴展(zhan)，最后斷(duan)裂(lie)(lie)。

　　2.改進及效(xiao)果

　　基于上述斷裂(lie)的原因，必須對電(dian)火(huo)花加(jia)(jia)工工藝予以(yi)改(gai)進。以(yi)往為了提高生產(chan)(chan)效率，常常采用(yong)大電(dian)流加(jia)(jia)工內腔，產(chan)(chan)生的白(bai)亮層很厚，為了減(jian)小白(bai)亮層的影響，必須采用(yong)小電(dian)流精加(jia)(jia)工，同時加(jia)(jia)強電(dian)極(ji)本身(shen)的光潔度。當然也(ye)要(yao)考(kao)慮生產(chan)(chan)效率，經過多次(ci)調整，最后選擇合適的加(jia)(jia)工工藝，將白(bai)亮層減(jian)小至平均10μm左右，如圖(tu)9所示。

　　在此之(zhi)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(ping)(ping)的(de)情(qing)況，凹凸(tu)不平(ping)(ping)的(de)表(biao)面也(ye)會成為(wei)斷裂的(de)起始點。為(wei)了最(zui)大限(xian)度減(jian)少(shao)(shao)這種不平(ping)(ping)表(biao)面，采(cai)用電(dian)解(jie)拋光的(de)方法。被拋光的(de)抽芯內腔(qiang)為(wei)陽極，不溶性(xing)(xing)金(jin)屬為(wei)陰極，兩極同(tong)時(shi)浸入到電(dian)解(jie)槽中，通以(yi)直流電(dian)而產生(sheng)有選擇性(xing)(xing)的(de)陽極溶解(jie)，從而減(jian)少(shao)(shao)型腔(qiang)內表(biao)面粗糙度，達到表(biao)面光潔的(de)效果。

　　為了(le)減少(shao)抽芯內腔冷卻水(shui)對內壁的腐蝕(shi)作用，在(zai)冷卻水(shui)內添(tian)加(jia)一定量的緩蝕(shi)劑(ji)和阻垢劑(ji)。在(zai)以上措施的保護下，目(mu)前抽芯生產8萬余(yu)模次依舊良好，無斷裂傾向。

　　3.結語

　　(1)模具電火花(hua)加工(gong)后(hou)必須去除白亮層，電解拋(pao)光型腔表面(mian)，增加光潔(jie)度，防止(zhi)微裂紋產生及擴展。

　　(2)在(zai)(zai)普(pu)通自(zi)來水的(de)環境下，通冷卻(que)水路(lu)的(de)抽芯(xin)型腔會發(fa)(fa)生腐蝕(shi)(shi)進而引發(fa)(fa)斷裂(lie)。在(zai)(zai)冷卻(que)水內添(tian)加定量的(de)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)和阻垢(gou)劑(ji)(ji)后，有效(xiao)的(de)減少了(le)腐蝕(shi)(shi)的(de)發(fa)(fa)生，延長模(mo)具壽命(ming)。