H13鋼(gang)類熱(re)作模(mo)具(ju)鋼(gang)，由于其優良的(de)(de)(de)淬透(tou)性、淬硬性以及在(zai)(zai)室溫(wen)和高溫(wen)下的(de)(de)(de)良好性能而廣泛應(ying)用(yong)(yong)于要壓(ya)鑄(zhu)模(mo)、熱(re)鍛模(mo)和熱(re)擠壓(ya)模(mo)和冷熱(re)疲勞抗力的(de)(de)(de)壓(ya)鑄(zhu)模(mo)。目(mu)前(qian)鋁合(he)金壓(ya)鑄(zhu)模(mo)具(ju)多采用(yong)(yong)H13鋼(gang)。，我司亦(yi)采用(yong)(yong)該鋼(gang)種(zhong)制作模(mo)具(ju)抽芯。但是在(zai)(zai)實(shi)際生產中(zhong)某款鋁合(he)金壓(ya)鑄(zhu)模(mo)具(ju)的(de)(de)(de)抽芯頻繁發生斷裂，現對該斷裂進行(xing)分析，找(zhao)出合(he)理可行(xing)的(de)(de)(de)避免斷口頻繁的(de)(de)(de)方(fang)法勢在(zai)(zai)必行(xing)。

　　1.分析

　　（1）宏觀斷口(kou)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(fen)分(fen)析

　　對(dui)抽芯橫截面取樣，直讀光譜分析儀實測化學成(cheng)分如(ru)附表所示(shi)，可以看到該(gai)抽芯的化學成(cheng)分符合H13鋼(gang)的標準(zhun)。

　　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)著裂紋源縱向(xiang)剖開(kai)，觀(guan)察(cha)內腔(qiang)壁(bi)附近金相組織(zhi)情況，發(fa)現內腔(qiang)壁(bi)非常(chang)粗糙(cao)并有(you)大量(liang)橫向(xiang)裂紋，如圖6所示(shi)。

　　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(chou)芯(xin)內腔(qiang)長期(qi)被冷(leng)卻(que)水(shui)包圍，水(shui)質(zhi)就是普通的(de)自來水(shui)，這樣的(de)環(huan)境下極(ji)易發生腐(fu)蝕，如圖8所示。橫(heng)向裂紋內已有(you)大量腐(fu)蝕產物。在(zai)(zai)抽(chou)芯(xin)的(de)冷(leng)卻(que)水(shui)路(lu)中，當水(shui)溫到(dao)達60℃以上時(shi)(shi)(shi)，鈣(gai)鎂離子(zi)很容易分解(jie)結垢，當水(shui)冷(leng)卻(que)后，冷(leng)卻(que)水(shui)中的(de)微溶物質(zhi)結晶析出，在(zai)(zai)抽(chou)芯(xin)型腔(qiang)內表(biao)面結成硫酸鈣(gai)、碳酸鈣(gai)等(deng)水(shui)垢。水(shui)中所含溶解(jie)性氣體、腐(fu)蝕性鹽類(lei)等(deng)電解(jie)質(zhi)與H13模具(ju)鋼(gang)(gang)接觸時(shi)(shi)(shi)，因(yin)為電解(jie)質(zhi)的(de)作用(yong)，使(shi)模具(ju)鋼(gang)(gang)表(biao)面析出Fe2+，內腔(qiang)表(biao)面遭到(dao)腐(fu)蝕。同時(shi)(shi)(shi)，空氣中的(de)塵土，雜物混入(ru)冷(leng)卻(que)水(shui)中，致(zhi)使(shi)微生物繁殖(zhi)，加速(su)模具(ju)抽(chou)芯(xin)的(de)腐(fu)蝕。

　　這樣，在電火花加工的微裂(lie)紋(wen)(wen)和冷卻(que)水(shui)對模具腐蝕的綜(zong)合作用(yong)下，在抽芯上下反復(fu)抽取的過程中，橫向裂(lie)紋(wen)(wen)不斷擴展，最后(hou)斷裂(lie)。

　　2.改進及效果

　　基于(yu)上述(shu)斷裂的(de)原因，必(bi)須(xu)對電火花(hua)加(jia)工(gong)工(gong)藝予以改進。以往為(wei)了提高生(sheng)產效(xiao)率，常(chang)常(chang)采用(yong)大(da)電流(liu)加(jia)工(gong)內腔，產生(sheng)的(de)白(bai)亮層(ceng)很厚，為(wei)了減小(xiao)白(bai)亮層(ceng)的(de)影響，必(bi)須(xu)采用(yong)小(xiao)電流(liu)精加(jia)工(gong)，同時加(jia)強電極(ji)本(ben)身的(de)光潔度。當然也要考(kao)慮生(sheng)產效(xiao)率，經過(guo)多(duo)次調整，最后選擇(ze)合適的(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝，將白(bai)亮層(ceng)減小(xiao)至平均10μm左右，如圖9所示。

　　在此(ci)之后必(bi)須去除白亮層(ceng)，但是(shi)人工(gong)打(da)磨(mo)必(bi)然造成打(da)磨(mo)面(mian)粗糙不平的情況，凹凸不平的表面(mian)也會(hui)成為(wei)斷(duan)裂的起(qi)始點。為(wei)了最大(da)限度減(jian)少(shao)這種(zhong)不平表面(mian)，采用電解(jie)(jie)拋光的方(fang)法。被拋光的抽(chou)芯內腔為(wei)陽極(ji)，不溶(rong)性金屬為(wei)陰極(ji)，兩極(ji)同時浸入(ru)到電解(jie)(jie)槽中，通(tong)以直流電而產生有選擇性的陽極(ji)溶(rong)解(jie)(jie)，從而減(jian)少(shao)型腔內表面(mian)粗糙度，達到表面(mian)光潔(jie)的效果(guo)。

　　為了減(jian)少抽芯(xin)內腔冷卻(que)水對(dui)內壁的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)作用，在(zai)冷卻(que)水內添加一定量(liang)的(de)(de)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)和阻(zu)垢劑(ji)。在(zai)以上(shang)措(cuo)施(shi)的(de)(de)保護(hu)下，目前抽芯(xin)生產8萬余模(mo)次依舊(jiu)良好，無斷(duan)裂傾向。

　　3.結語

　　(1)模具電火花(hua)加(jia)(jia)工后必須(xu)去除(chu)白亮層，電解拋光型腔表面，增加(jia)(jia)光潔(jie)度，防止微裂紋產生及擴展。

　　(2)在普通(tong)自來(lai)水的環境下，通(tong)冷卻水路(lu)的抽芯型腔會發生腐蝕(shi)進而引發斷裂。在冷卻水內添(tian)加(jia)定量(liang)的緩蝕(shi)劑和阻(zu)垢劑后(hou)，有效的減少了(le)腐蝕(shi)的發生，延長模具壽命。