鋅合金壓鑄才剛開(kāi)始量產(chǎn)，壓鑄模具為啥就斷裂了

在壓鑄模具設(shè)計(jì)中，尤其是凸模由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最易受損！

壓鑄模具高度尺寸為300mm，材質(zhì)為Cr12MoV，使用硬度為HRC58～62，加工工藝流程為下料→鍛造→車(chē)加工→攻絲→熱處理→回火→磨削。該壓鑄模具在首次投入使用中，鋅合金壓鑄的工件達(dá)到300時(shí)，突然斷裂。

現(xiàn)場(chǎng)檢查

壓鑄模具斷裂以后，根據(jù)凸模斷裂的原因進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析檢查，檢查了凸凹模間隙、模具壓力機(jī)的工作臺(tái)與導(dǎo)軌的垂直度、模具的安裝等方面，結(jié)果表明，一切指標(biāo)正常。因此初步懷疑凸模內(nèi)部組織或熱處理有問(wèn)題。

檢驗(yàn)分析

（1）硬度檢驗(yàn)　在現(xiàn)場(chǎng)用手持式里氏硬度計(jì)對(duì)斷裂凸模進(jìn)行硬度試驗(yàn)，結(jié)果顯示硬度符合要求。

（2）化學(xué)成分分析　從失效件取樣作化學(xué)成份分析，結(jié)果化學(xué)成份符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Cr12MoV的要求。

（3）斷口觀察　斷口較為齊平，色澤灰亮，組織顆粒比較粗大，斷口處無(wú)塑性變形，匹配斷面能良好地吻合一致，在斷裂面靠近中心孔處有滲油現(xiàn)象。用20倍放大鏡檢查，發(fā)現(xiàn)在滲油處有微裂紋出現(xiàn)，用線切割將斷裂凸模沿軸向割開(kāi)，一分為二，發(fā)現(xiàn)中心孔表面有細(xì)小軸向裂紋。

（4）金相檢查　在斷裂凸?？拷牟?/4處取樣，磨削拋光，用4%硝酸酒精浸蝕，在100倍顯微鏡下觀察碳化物的不均勻度，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物存在，共晶碳化物呈變形網(wǎng)狀分布，如圖2所示，網(wǎng)狀碳化物級(jí)別大約為6級(jí)。在500倍下觀察，金相檢查為回火馬氏體、網(wǎng)狀碳化物及殘留奧氏體組織。

（4）原材料組織分析　對(duì)生產(chǎn)該凸模用的Cr12毛坯原材料進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明：原村料內(nèi)部碳化物組織為4級(jí)，符合GB1299-85模具鋼標(biāo)準(zhǔn)。

（5）熱加工工藝檢查　檢查壓鑄工藝記錄，溫度為：預(yù)熱溫度750oC，加熱溫度1080～1120oC，合模溫度1080oC，出模溫度870oC左右，冷卻方式為氣冷。壓鑄時(shí)，采取的是三向循環(huán)壓鑄方法，即采用多方向、多次數(shù)的反復(fù)鐓粗與拔長(zhǎng)的方法，壓鑄比大于2。以上記錄顯示壓鑄工藝沒(méi)有問(wèn)題。

另外熱處理工藝為：加熱溫度1020±10oC，油冷，200oC回火二次。熱處理工藝亦屬正常。

斷裂原因探討

（1）網(wǎng)狀碳化物形成原因

由于網(wǎng)狀碳化物的形成只與壓鑄工藝有關(guān)，與熱處理無(wú)關(guān)，但記錄顯示壓鑄工藝是正確的，檢查控溫儀表一切正常，因此初步分析網(wǎng)狀碳化物的形成與空氣錘噸位選擇有關(guān)。再次檢查壓鑄工藝記錄，發(fā)現(xiàn)設(shè)備噸位選擇為250Kg空氣錘，而非平常要求的750Kg空氣錘，經(jīng)了解，原來(lái)壓鑄那天750Kg空氣錘出現(xiàn)了故障，于是就用250Kg空氣錘代用。由于引伸凸模是由Φ195的坯料改鍛而成，材料厚實(shí)且重量較大，而250Kg空氣錘噸位偏小，打擊能量不足，鍛打不深不透，僅表面層以下較淺深度發(fā)生了足夠的變形，經(jīng)過(guò)多次加熱后，心部質(zhì)量得不到改善，反而惡化，從而導(dǎo)致心部產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物。

（2）軸向裂紋產(chǎn)生原因

由于拉伸凸模中間有螺孔，在淬火時(shí)，螺孔內(nèi)壁冷速最慢，這樣在內(nèi)表面組織應(yīng)力引起的切向拉應(yīng)力就很大。另外，原始組織中碳化物呈網(wǎng)狀分布，造成脆性增大，淬火時(shí)，內(nèi)應(yīng)力不能為材料塑變抵消，引起淬火裂紋。

（3）凸模斷裂原因

綜上所述，嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物和細(xì)小的軸向裂紋是導(dǎo)致凸模在使用過(guò)程中突然斷裂的原因。

結(jié)語(yǔ)

Cr12MoV屬于萊氏體鋼，鋼水結(jié)晶時(shí)析出的共晶碳化物極為穩(wěn)定，常規(guī)熱處理無(wú)法細(xì)化。在較大規(guī)格的鋼材中，一般仍會(huì)殘留明顯的帶狀或網(wǎng)狀堆聚的碳化物，對(duì)淬火變形、開(kāi)裂、力學(xué)性能和壓鑄模具壽命影響很大。

為了阻止產(chǎn)生軸向裂紋，在淬火時(shí)，可以采取先冷卻內(nèi)孔，再整體淬火的熱處理工藝，這樣可以避免軸向裂紋的產(chǎn)生。