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關鍵詞:汽車零部件;模具;電火花坑;白色火花層;微裂紋;預防措施
2模具故障問題的描述
汽車零件塑料模具尺寸為30×70×160mm,模具類型為1模2腔,H13。模具鋼調(diào)質(zhì)型腔電火花加工后,發(fā)現(xiàn)45°斜面處出現(xiàn)大量“砂眼”,不能滿足更終使用要求。解剖后分析了失效模具的失效原因。
3模具的原始形狀和缺陷位置
宏觀上看,缺陷主要集中在右腔的45°斜面位置,如圖1b標注的位置,分布規(guī)律明顯。
圖1模具的原始形狀和缺陷位置
a、模具的原始形狀B、缺陷位置
4模具解剖示意圖
根據(jù)圖2中的剖面線A-A’、B-B’、C-C’、D-D’和E-E’對模具進行切割和取樣。樣品取自右側缺陷位置的型腔,1號樣品為高倍樣品,觀察面為截面A-A '中模具型腔邊緣的缺陷位置。樣品2#為掃描電鏡樣品,觀察面為模具型腔的缺陷位置。
圖2模具解剖示意圖
5故障分析
5.1化學成分分析
測試儀器:賽默飛世爾科技ARL4460直讀光譜分析儀。
檢測位置:模體。
取霉菌樣品進行直讀光譜分析,具體成分見表1。通過光譜分析,化學成分正常。
5.2模具硬度分析
測試儀器:WilsonHardnessROCKWELL @ 2000 Rockwell,德國。
檢測位置:模體。
模具側面進行洛氏硬度測試,單值為52.8/51.8/52.2HRC,平均值為52.26HRC。
5.3高功率分析
檢測儀器:軸視鏡。德國蔡司A1立式光學顯微鏡。
檢測位置:取樣示意圖中的1號樣品,在A-A '截面的模腔邊緣。
(1)非金屬夾雜。h13是否是V鋼高倍拋光后的樣品,在100×下直接觀察,沒有大顆粒夾雜和起皮現(xiàn)象。
(2)碳化物的液相沉淀。樣品拋光后,用4%硝酸酒精溶液腐蝕高倍樣品,分別在100×和500×下觀察,未發(fā)現(xiàn)液體碳化物。
(3)微觀結構。拋光后的高倍樣品用4%硝酸酒精溶液腐蝕,分別在50×、100×和500×下觀察微觀結構。
缺陷截面A-A '處空洞邊緣的顯微組織異常(見圖3中標注的圓圈),電火花有白色層和厚度不均勻的微裂紋,自上而下為熔化凝固層和熱影響層。圖4a中熔化凝固層的更大深度為110μm,熱影響層的更大深度為105μm,圖4d中熔化凝固層的更大深度為195μm,熱影響層的更大深度為110μ m,其他位置的空洞邊緣無異常組織(見圖4b中K圈位置)。
圖3高倍試樣縱剖面和缺陷位置示意圖
圖4異常部位的微觀結構
a異常位置50×b異常正常位置50×
將ca中的異常位置放大100×db,將CA中的異常位置放大100×db
熔化凝固層中有許多微裂紋,有些只在熔化凝固層中延伸,終止于結合處(見圖5a),有些穿過熔化凝固層延伸至熱影響層[3](見圖5b)。更大裂紋深度為230μm,熔化的凝固層和熱影響層局部分離。
圖5熔化固化層500×
在凝固層中可以觀察到明顯的晶體結構(見圖6a),在熱影響層中存在明顯的脫碳現(xiàn)象(見圖7a)。在矩陣結構中沒有異常(參見圖7b)。無論是否添加V鋼,都是正常的回火組織h13。
圖6熔化凝固層-熱影響層500×
圖7熱影響層-基底500×
5.4掃描電子顯微鏡分析
測試儀器:德國蔡司EDAX掃描電子顯微鏡。
檢驗位置:取樣示意圖中的2#樣品,模具型腔的缺陷位置。
為了進一步確定缺陷的原因,通過SEM和EDS分析機加工表面,以查看h13是否是V鋼。
SEM宏觀形貌顯示缺陷為圓形凹坑,形狀規(guī)則(見圖8),與其他正常加工位置明顯不同。
圖8缺陷位置的SEM宏觀形貌
SEM和EDS分析表明,正常電火花加工表面有大量的小凹坑和輕微的積碳,碳的重量百分比更高達到5.07%(見圖9),為正常電火花加工表面。
圖9正常位置的SEM形貌和EDS分析
圖10大坑中球形鐵屑的SEM形貌和EDS分析
圖11大坑內(nèi)壁的SEM形貌和EDS分析
除了蝕坑表面區(qū)域的碳,SEM分析還發(fā)現(xiàn)了大蝕坑內(nèi)部和表面的大量微裂紋(見圖12),這與高倍顯微結構分析的結果一致。
圖12大坑及其附近微裂紋的掃描電鏡形貌和背散射形貌
ASEM形態(tài)學B背散射形態(tài)學
在電火花加工過程中,施加在電極和工件上的脈沖電壓會擊穿工作液并產(chǎn)生火花放電。在放電的微通道中,大量熱能瞬間集中,溫度可高達1000℃以上,壓力也急劇變化,使這個工作面上的少量金屬材料立即熔化甚至氣化[4],并爆炸性地飛濺到工作流體中,迅速凝結形成固體金屬顆粒(球形小鐵屑和積碳),被工作流體沖走。此時工件表面留下一個微小的坑痕,即電火花坑[5]。
6預防措施
(1)在電火花加工中選擇合理的放電參數(shù),以避免不正常的電火花加工凹坑和深的熱影響區(qū)。
(2)電火花加工后應進行表面拋光,去除白層和熱影響區(qū),同時進行去應力回火,減少白層和熱影響區(qū)的影響。
根據(jù)以上分析,H13失效模具型腔內(nèi)的45°平面明顯異常,大量“砂眼”實際上是電火花加工過程中操作不當造成的電火花凹坑。原因是排渣不暢,導致積碳,造成局部過加工,電火花加工存在白層、微裂紋等電火花缺陷。
結束
文末相約,感謝閱讀!
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