铝合金压铸模具龟裂失效分析

赵建伟

（新大洲本田摩托 ( 苏州 ) 有限公司，江苏 太仓 265700）

铝合金压铸模具的工作条件具有着和高温高压性。同时，处于工作模式中的铝合金压铸模具需要经受住液体金属的反复冲击。在实际生产中，由于铝合金压铸模具存在着造价成本较高、生产周期长，且过早失效等问题会大大缩短使用寿命等问题。一旦铝合金压铸模具龟裂失效问题得不到有效解决，将会直接影响到生产企业经济效益。为此，越来越多的铝合金压铸生产企业加大了龟裂失效分析。以下内容以H13钢类热作模具钢为例，并结合实际生产过程，从铝合金模具材质、显微组织与电火花加工等方面来对铝合金压铸模具龟裂失效原因进行了相应分析，并提出了相应的解决措施。

1 铝合金压铸模具龟裂失效原因分析

1.1 化学成分

从化学成分来看 H13 钢类热作模具钢主要涵盖了 C，Si，Mn，Mo，Cr，V 集中元素。从化学特征来看，H13 钢类热作模具钢在材质上属于低 Si高 Mo型热作模具钢。在生产过程中生产商会结合现实需要适度降低钢中的 Si含量或者提升 Mo含量。通过降低 Si 含量可以有效减少偏析现象的发生，并进一步细化奥氏体晶粒、提升钢的强度与韧性等。而提升 Mo 含量，则可以提升钢的淬透性、回火抗力、抗热烈能力。并有效防止钢中析出晶界碳化物，以及转化贝氏体等。通过实践表明 ：低 Si高 Mo型钢在凝固过程中会降低过冷现象发生的概率，进而有效防止发生树枝晶、胞状柱晶以及枝晶偏析等问题。Mo、V元素相互结合可以形成合金碳化物，如 VC、MoC与 Mo2C等。合金碳化物在适宜的高温状态下会以细小弥散的状态析出，进而大力提升高温材料的热硬性。尽管从化学成分上，H13钢类热作模具钢具有着较强的抗龟裂性，但是在实际操作过程中，我们发现 H13钢类热作模具钢出现了早起龟裂失效现象。为了更好地分析龟裂失效原因，就需要有效结合 H13钢类热作模具钢显微组织来进行进一步分析。

1.2 显微组织

为了全面研究铝合金压铸模具的显微组织，此部分将真空淬火回火后未投入使用的模具材料以及使用后的模具材料作为研究对象，来分析铝合金压铸模具的显微组织，进而找出龟裂失效原因。

1.2.1 真空淬火回火后未投入使用的模具材料

通过实践发现，研究对象经过加热处理后的基体上分布着不均匀组织。通过将研究对象放在低倍显微镜下观察，我们发现，在基体上分布着大量析出的颗粒状碳化物出现了偏析状况，换而言之，相较于正常组织的碳化物，此部分的碳化物在体积上较大。由于碳化物与合金碳化物的过多析出，造成模具材料流失了大量的周围碳与合金元素。在正常情况下，模具在接受淬火加热时，发生偏析的碳化物不会轻易的溶解掉，但是，由于其缺乏碳与合金元素，使其在高温加热状态下易变化为马氏体组织，进而降低回火质量，并大幅度降低钢材的强度与韧性，使得刚才易出现断裂。通过运用金相低倍显微镜观察真空淬火前退火态的钢材，我们发现钢材基体同样发生了偏析现象。此现象的出现意味着钢材原材料欠缺均匀性。且一旦偏析现象得不到有效处理，就会加大模具发生龟裂失效的风险，并影响到模具最终的使用年限。

1.2.2 使用后的模具材料

在实际生产中，一般 H13 钢类热作模具钢模具在经过三万次左右的使用，就会在模具表面出现不同程度的龟裂现象，比如；发生沿晶断裂、多条裂纹的交汇处在剥落后形成凹坑等。而造成此种现象的原因多是由于原材料存在着冶金缺陷等。

1.3 电火花加工

电火花加工是铝合金压铸模具中常用的加工方式之一。相较于其他加工方法，此种加工方式在具体应用过程中呈现出高加工精度、高自动化水平以及便于加工具有不规则形状的零件等优势。尽管如此，加工时释放的火花具有着高温高压特点，且工作液在闲置状态下温度会急剧下降，进而造成钢材表面被划分为热重熔区与热影响区。所谓的热重熔区是指表层金属被被放电时释放的高温所融化，由于熔液未被全部抛出，且滞留的熔液随着工作液的冷却而出现了凝固。热重熔区多分布在钢材表面的最上层。相较于热重熔区，热影响层地金属材料在受到高温烧灼后，并未发生熔化现象，只是材料的金相组织发生了相应变化。通过大量实践，我们发现 ：热模工序也会加重热重熔区以及热影响区内模具龟裂失效风险。经过电火花加工后的铝合金压铸模具在通过煤气炉烤模后，尽管模具的金相组织并不会发生相应变化，但是热重熔区却会出现轻微的裂痕，且当裂痕延伸到热影响区后，微裂纹范围就会再次加大，进而加大了模具龟裂失效程度。

2 铝合金压铸模具龟裂失效防范措施

2.1 加大铝合金压铸模具原材料金相组织检测抽样数量

在实际生产过程中，很多生产企业为了加快生产进度，未对采购的原材料进行充分地金相组织检测。为了减少铝合金压铸模具发生龟裂失效，生产企业就需要增加退火态以及真空淬火回火态中原材料样品的金相组织检测数量，进而最大程度上保证模具材料符合现实生产需要。

在提取模具材料样品时，生产者需要科学合理地选择取样位置。在铝合金压铸模具取样中，为了保证默认核心部分的完整性，并检测出精准的模具原材料质量，生产者一般会将浇口处作为取样部位。

2.2 有效解决电火花加工造成的热重熔区

电火花加工引起的热重熔区，在硬度上较高，且脆性较大，在加工过程中极易出现微裂痕。尤其在火焰烤馍工序中，发生微裂痕的机率更大。为了避免出现铝合金压铸模具龟裂失效，就需要科学合理地规避热重熔区的出现。在电火花加工后，需要及时去除热重熔区，并及时对模具进行回火，以此来大幅度消除影响层的残余应力。

2.3 有效避免早期龟裂失效现象

铝合金压铸模具在早期发生龟裂失效，多是由于毛坯锻打起锻的温度过高而导致。这种原因导致的龟裂失效是一种无法补救的缺陷。因此，在毛坯制作过程中，生产者需要严格把控起锻温度。在淬火加热阶段，也需要科学合理地安排加热时间，进而有效把控加热温度，并防止脱碳情况的出现。在淬火冷却阶段，需要有效把可控冷却时间，并争取在最短的时间内，以最快的速度完成淬火冷却工序。对于冷却水道而言，设计者需要将其与型面、转角的间距保持足够大，进而保证冷却工序的顺利进行。

2.4 对模具进行科学合理的热处理

压铸模具原材料质量，在很大程度上影响着铝合金压铸模具使用寿命。因此，工作人员需要结合现实需要，选择出适宜的压铸模具原材料。在工确定好铝合金压铸模具原材料之后，需要及时地进行热处理。同时，需要做好生产阶段的去应力工序，防止应力集中，并做好 R 角控制工作。一般在铝合金压铸模具使用了一万模次左右时，就需要及时地进行回火去应力，进而有效防止应力集中导致模具出现龟裂失效现象。为了从整体上增加模具的使用时间，可以采用多次回火去应力方式。

2.5 科学合理地把控铝合金压铸模具生产过程中的温度

铝合金压铸模具的生产过程呈现了高温高压性。因此，科学合理地把控生产过程中的温度就显得尤为重要。在生产过程中，生产者可以采用适宜的温度计来计量压铸过程中的最高温度，并采取有效控制措施，将温度控制在 650 度以内。

3 结语

总之，随着我国社会经济的快速发展，铝合金压铸模具生产企业在数量以及生产规模上都得到了快速扩充。然而，由于铝合金压铸模具生产成本投入较大，一旦生产质量得不到有效保证，就会直接影响到生产企业的生产效益以及市场竞争力。在生产过程中，龟裂失效是铝合金压铸模具常见的质量问题。这不仅引起了生产商地广泛重视，也得到了影响消费者的广泛应用。为此，加大铝合金压铸模具龟裂失效研究力度就显得尤为重要。以上内容对铝合金压铸模具龟裂失效原因进行了相应分析，并在此基础上提出了铝合金压铸模具龟裂失效防范措施。希望可以给相关工作者带来一定的借鉴参考价值，并促进我国铝合金压铸模具事业获得可持续性、快速、健康发展。