【H13鋼模具失效原因及解決方法】

　　H13(4Cr5MoSiV1)是國際上廣泛使用的熱作模具鋼，它具有較高的熱強度和硬度、高的耐磨性和韌性、較好的耐熱疲勞性能，廣泛應(yīng)用于制造各種鍛模、熱擠壓模以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。熱作模具鋼工作時承受很大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)引起的熱應(yīng)力以及高溫氧化，常常出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。

　　H13鋼模具失效影響因素比較復(fù)雜，主要有材料、設(shè)計、制造和使用四個方面。

　　1.化學(xué)成分和冶金質(zhì)量

　　失效原因：H13鋼屬于過共析合金鋼類型，組織中存在較多的非金屬夾雜物、碳化物偏析、中心疏松及白點等缺陷，在很大程度上降低模具鋼的強度、韌性及熱疲勞抗力。

　　解決方法：H13鋼根據(jù)質(zhì)量一般分為普通H13鋼和優(yōu)質(zhì)H13鋼。優(yōu)質(zhì)H13鋼由于采用了較先進的生產(chǎn)工藝，鋼質(zhì)純凈，組織均勻，偏析輕微，具有更高的韌性及熱疲勞性能。普通H13鋼則必須進行改鍛，以擊碎大塊非金屬夾雜，消除碳化物偏析，細化碳化物，均勻組織。

　　2.模具設(shè)計

　　失效原因：外形尺寸不合格，圓角半徑過小，扁寬薄壁截面壁厚差懸殊及孔、槽位置不合適等。

　　解決方法：

　　a設(shè)計模具時應(yīng)根據(jù)成形零件的材料和幾何尺寸確定模塊的外形尺寸，以保證模具的強度。

　　b過小的圓角半徑、壁厚差懸殊的扁寬薄壁截面及孔、槽位置不合適等很容易在模具熱處理和使用過程中引起過大的應(yīng)力集中而萌生裂紋。因此，在模具設(shè)計中盡量避免尖角，孔、槽位置應(yīng)合理布置。

　　3.制造工藝

　　(1)鍛造工藝

　　失效原因：H13鋼中合金元素含量較多，鍛造時變形抗力較大，且材料的導(dǎo)熱性能較差，共晶溫度較低，稍不注意就會過燒。

　　解決方法：加熱時應(yīng)在800～900℃區(qū)間預(yù)熱，然后再加熱至始鍛溫度1065～1175℃。為擊碎大塊非金屬夾雜，消除碳化物偏析，細化碳化物，均勻組織，鍛造時要反復(fù)鐓粗拔長，總鍛比大于4。在鍛造后的冷卻過程中，有產(chǎn)生淬火裂紋的傾向，易在心部產(chǎn)生橫向裂紋。因此，H13鋼鍛后應(yīng)進行緩慢冷卻。

　　(2)切削加工

　　失效原因：切削加工的表面粗糙度對模具熱疲勞性能有很大影響，模具型腔表面應(yīng)獲得較低的表面粗糙度，不能留有刀痕、劃傷和毛刺。這些缺陷引起應(yīng)力集中，誘發(fā)熱疲勞裂紋萌生。

　　解決方法：在加工模具時復(fù)雜部位圓角半徑過渡處要防止留有刀痕，孔、槽邊緣和根部的毛刺要打磨掉。

　　(3)磨削加工

　　磨削過程中，局部摩擦生熱容易引起燒傷和裂紋等缺陷，并在磨削表面生成殘余拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致模具過早失效。磨削熱引起的燒傷可以使H13模具表面發(fā)生回火直至生成回火馬氏體，脆性未回火馬氏體層會大大降低模具的熱疲勞性能。如果磨削表面局部升溫達800℃以上，并且冷卻不充分時，則表層材料會被重新奧氏體化并淬火成馬氏體，因而模具表面層會產(chǎn)生很高的組織應(yīng)力，同時磨削過程中模具表面溫升很快會引起熱應(yīng)力，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力疊加容易造成模具產(chǎn)生磨削裂紋。

　　(4)電火花加工

　　失效原因：電火花加工是現(xiàn)代模具制造過程中不可缺少的精加工手段。火花放電時，局部的瞬時溫度高達1000℃以上，使放電處的金屬熔化和氣化，在電火花加工表面有一薄層被熔化而又重新凝固的金屬，其中有許多顯微裂紋。在顯微鏡下這一薄層金屬呈白亮色，即白亮層。

　　研究表明，對于高合金化的H13鋼，電火花加工形成的表面白亮層的顯微組織為初生馬氏體、殘余奧氏體和共晶碳化物，未回火的初生馬氏體存在大量顯微裂紋。H13鋼制模具在工作中承受載荷時，這些顯微裂紋很容易發(fā)展為宏觀裂紋，導(dǎo)致模具易出現(xiàn)早期斷裂和早期磨損。

　　解決方法：H13鋼模具經(jīng)電火花加工后應(yīng)重新回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，但回火溫度不要超過電火花加工前的很高回火溫度。

　　(5)熱處理工藝

　　失效原因：合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需要的力學(xué)性能，提高模具的使用壽命。但是如果因熱處理工藝設(shè)計不當(dāng)或操作不當(dāng)而產(chǎn)生熱處理缺陷，將嚴重危害模具的承載能力，引起早期失效，縮短工作壽命。熱處理缺陷有過熱、過燒、脫碳、開裂、淬硬層不均勻和硬度不足等。

　　解決方法：H13鋼模具在服役一定時間后，當(dāng)積累的內(nèi)應(yīng)力達到危險的限度時，應(yīng)對模具進行去應(yīng)力回火，否則模具在繼續(xù)服役時將會由于內(nèi)應(yīng)力引起開裂。