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比h13性能更好的材料硬度多少度
时间:2022-11-03 05:30:55 点击次数:1010
    比h13性能更好的材料硬度多少度

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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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