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高频感应加热炉热处理后的电熨斗压铸模为什么会出现龟裂失效?该怎么办呢?

信息来源:感应加热炉厂家    2020-4-11 11:13:34      点击:

铝合金电熨斗压铸模材料为ASSAB 8407热作模具钢(相当于4Cr5MoSiVl ) , 模具尺寸为377mm x 355mm x 61mm。压铸模具经高频感应加热炉加工热处理完成。正常情况下,压铸模可压铸加工电熨斗十几万件。生产中发现,其电熨斗压铸模加工5000件工件之后,其母模型腔出现龟裂造成模具早期失效报废。

对龟裂压铸模进行检验发现,型腔表面裂纹形貌呈龟裂状分布,裂纹走向平行于压铸料流方向。金相检验发现,表面裂纹深度约1mm,尖端细小无钝化,但有些裂纹已钝化,但深度较浅,仅有十几微米。高频感应加热炉热处理的模具显微组织金相检验表明,其显微组织为托氏体+索氏体。失效模具内发现有肉眼可见的冶金缺陷。该处硬度约为178HVO.2,明显低于基体硬度 (677HVO.2)。经扫描电镜分析发现,该冶金缺陷部位存在裂纹。经能谱分析鉴定,冶金缺陷区域物质为铬硅酸盐类玻璃状夹渣,其级别超过2.5级,为冶金有害夹杂物。失效模具表面平均硬度为42.9HRC。如不开缺口,在型腔裂纹处进行冲击试验,其常温冲击功低于3J,可见失效模具冲击韧度十分低劣。失效模具扫描电镜断口分析表明,冲击断口呈准解理脆性断裂特征,型腔表面区域断口处出现疲劳贝纹线。

从龟裂磨具裂纹形貌及断口检验分析可知,模具失效属热疲劳失效。模具压铸铝合金电熨斗时,高频感应加热炉热处理后,表面温度迅速从室温升至600℃左右,随后脱模冷却,模具在高温时承受压应力,而在冷却时受拉应力,每一次压铸呈压应力和拉应力循环;同时,模具还受到铝合金液的冲刷、磨损、高温氧化腐蚀等作用,模具是在综合交变应力作用下产生热疲劳断裂失效的。另一方面,铬硅酸盐类玻璃状夹渣无固定形态,受应力时易出现脆性破碎。模具中存在上述脆性夹杂物,在交变应作用下首先形成局部应力集中,当应力高于铬硅酸盐夹杂弹性应变能时,铬硅酸盐夹杂处产生脆性开裂,形成疲劳裂纹。另外,由于型腔表面存在夹杂(渣),在铝合金液冲刷下易出现脱落形成小坑缺陷,形成微观缺口,也是热疲劳裂纹源之一。上述裂纹源在综合交变应力作用下很快扩展,并导致模具早期断裂失效破坏。

综上分析,提出防止压铸模高频感应加热炉加热后出现龟裂早期失效的措施如下:(1)严格冶金、铸造加工和检验质量控制,防止模具坯件中存在超标夹杂(渣)物和其他冶金缺陷,以保证坯件性能和组织良好。(2)为提高压铸模强度和工作寿命,模具可进行渗氮、渗碳或渗硼等表面强化处理,可使压铸模耐热磨损性能和抗热疲劳强度明显提高,从而大大提高压铸模的服役寿命。