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　　关键词：汽车零件；模具；电火花蚀坑；电火花白层；显微裂纹；预防措施

　　2模具失效问题描述

　　汽车零件塑料模具尺寸30×70×160mm，模具类型为1模2腔，H13模具钢调质后型腔经电火花加工，发现45°斜面位置出现大量“砂眼”，无法满足更终使用要求，对失效模具解剖后进行失效原因分析。

　　3模具原始形貌及缺陷位置

　　宏观观察，缺陷主要集中在右侧型腔45°斜面位置，如图1b标记位置，分布规律性明显。

　　图1模具原始形貌及缺陷位置

　　a模具原始形貌b缺陷位置

　　4模具解剖示意图

　　模具按图2中A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E-E'剖面线进行切割及取样，试样取自右侧缺陷位置型腔，1#样为高倍试样，观察面为A-A'剖面模具型腔边缘处缺陷位置；2#试样为扫描电镜试样，观察面为模具型腔缺陷位置。

　　图2模具解剖示意图

　　5失效分析

　　5.1化学成分分析

　　检测仪器：赛默飞ARL4460直读光谱分析仪。

　　检测位置：模具本体。

　　模具本体取样进行直读光谱分析，具体成分如表1所示。经光谱分析，化学成分正常。

　　5.2模具硬度分析

　　检测仪器：德国WilsonHardnessROCKWELL@2000洛氏硬度计。

　　检测位置：模具本体。

　　对模具侧面进行洛氏硬度检测，单个值52.8/51.8/52.2HRC，平均值52.26HRC。

　　5.3高倍分析

　　检测仪器：德国蔡司AxioScope.A1正立式光学显微镜。

　　检测位置：取样示意图1#试样，A-A'剖面模具型腔边缘处。

　　（1）非金属夹杂物。高倍试样经抛光制样后，直接在100×下观察，无大颗粒夹杂物及剥落现象。

　　（2）液析碳化物。高倍试样经抛光制样后、用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀，分别在100×、500×下观察，未发现液析碳化物。

　　（3）显微组织。高倍试样经抛光制样后，用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀，分别在50×、100×、500×下观察显微组织。

　　缺陷位置A-A'剖面型腔边缘处组织异常（见图3标示圈内），存在厚度不均的电火花加工白层及显微裂纹，从表到里依次为熔化凝固层、热影响层，图4a熔化凝固层更大深度110μm，热影响层更大深度105μm，图4d熔化凝固层更大深度195μm，热影响层更大深度110μm。其余位置型腔边缘处组织无异常（见图4b中K圈内位置）。

　　图3高倍试样纵截面及缺陷位置示意图

　　图4异常位置显微组织

　　a异常位置50×b异常正常位置50×

　　ca中异常位置放大100×db中异常位置放大100×

　　熔化凝固层存在多处显微裂纹，部分仅在熔化凝固层内扩展，在交界处终止（见图5a），部分穿过熔化凝固层扩展至热影响层[3]（见图5b），更大裂纹深度230μm，局部位置熔化凝固层与热影响层之间已分离。

　　图5熔化凝固层500×

　　熔化凝固层内可观察到明显的结晶组织（见图6a），热影响层内存在明显的脱碳现象（见图7a）。基体组织无异常（见图7b），为正常的回火组织。

　　图6熔化凝固层-热影响层500×

　　图7热影响层-基体500×

　　5.4扫描电镜分析

　　检测仪器：德国蔡司EDAX扫描电子显微镜。

　　检验位置：取样示意图2#试样，模具型腔缺陷位置。

　　为进一步确定缺陷产生的原因，对加工面进行SEM及EDS分析。

　　SEM宏观形貌显示比h13性能更好的材料，缺陷为形状规则的圆形凹坑（见图8），明显区别于其他正常加工位置。

　　图8缺陷位置SEM宏观形貌

　　SEM及EDS分析表明，正常位置电火花加工表面存在大量小凹坑，表面存在轻微积碳，更高碳重量百分比达到5.07%（见图9），属正常的电火花加工面。

　　图9正常位置SEM形貌及EDS分析

　　图10大凹坑内球状铁屑SEM形貌及EDS分析

　　图11大凹坑内壁SEM形貌及EDS分析

　　蚀坑位置除表面积碳外，SEM分析还发现大凹坑内及表面存在大量显微裂纹（见图12），这与高倍显微组织分析结果一致。

　　图12大凹坑及附近位置显微裂纹SEM形貌和背散射形貌

　　aSEM形貌b背散射形貌

　　进行电火花加工时，电极和工件上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达1,000℃以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化甚至气化[4]，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒（小球状铁屑、积碳），被工作液冲走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，即电火花蚀坑[5]。

　　6预防措施

　　（1）电火花加工时选择合理的放电参数，避免异常的电火花蚀坑及较深的热影响区的出现。

　　（2）电火花加工后，需进行表面打磨处理，去除电火花加工白层及热影响区，同时进行去应力回火，减小电火花白层及热影响区的影响。

　　根据以上分析，H13失效模具型腔内45°面明显异常，大量“砂眼”其实为电火花加工过程中操作不当产生的电火花蚀坑，原因为加工排渣不畅，产生积碳，造成局部过加工，并具有电火花加工的白层、显微裂纹等电火花加工缺陷。

　　TheEnd

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