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          來源︰   發布時間︰2019-03-07

          如何提高壓鑄鋁合金模具的壽命一直是人們關心的問題,使壓鑄鋁合金模具的使用壽命縮短的失效形式很多,但其主要的失效形式為熱疲勞裂紋,即熱裂。本文就這個問題進行了分析,導致鋁合金壓鑄模具出現熱裂的因素很多,如模具材料、模具設計、熱處理狀態及工作環境等,就對這些情況提出了相應的改善措施。
                熱裂是模具最常見的失效形式。熱裂紋通常形成于模具型腔表面或內部熱應力集中處,當裂紋形成後,應力重新分布,裂紋發展到一定長度時,由于塑性應變而產生應力松弛使裂紋停止擴展,隨著循環次數的增加,裂紋尖端附近出現一些小空洞並逐漸形成微裂紋,與開始形成的主裂紋合並,裂紋繼續擴展,最後裂紋間相互連接形 成網絡狀裂紋而導致模具失效。熱裂主要是材料熱應力疲勞所引起,即材料在熱應力的作用下,由于經受反復或脈動應變而產生的一種連續的、 局部的、永久性的組織變化。與熱裂相對應的最 重要的材料性能是材料的抗熱疲勞性。迄今為止,衡量材料抗熱疲勞性能的標準尚未統一。因此,如何用常規力學性能來反映抗熱疲勞性能就顯得較為重要。有資料表明,與抗熱疲勞性能有關的最重要的力學性能是材料的強度,另一種觀點則更傾向于材料的韌性。從熱疲勞試驗結果分析[1],鋁壓鑄模具的熱疲勞裂紋中存在疲勞輝紋,並以彈性應變為主,而且多數模具的使用壽命在 104~105 次以上,具有高周疲勞的特性。根據疲勞強度理論,強度高的材料更能適應長周期的彈性應變,在這種情況下,抗熱疲勞性能與強度的聯系更為緊密。但是,如果型腔表面的工作溫度偏高( 如壓鑄銅及鐵基合金等) 或因其他因素使模具產生過大的熱應力,從而使應變幅度大大超過材料的彈性應變範圍,應變則以塑性應變為主, 具有低周疲勞特性。此時韌性高的材料具有更大的優勢。因此考核材料的熱疲勞性能時,應注意區分材料的疲勞形式,並據此確定模具合適的強韌性配合。


          1.3 熱裂產生的原因

          (1)模具材料的影響,模具鋼的晶界無共 晶碳化物夾雜,大塊狀的共晶碳化物和雜質強度 極。 荒艿摯谷繞@,降低了鋼材的塑性,是 熱裂發生的起源點,同時模具組織存在的成分偏析導致在相同奧氏體化溫度下, 淬火後得到的馬 氏體組織粗細不均勻,這也是產熱裂的原因之一;

          (2)模具的設計的影響,過小的圓角半徑、壁厚差懸殊的扁寬薄壁截面,以及孔、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力集中而萌生裂紋,同時冷卻系統設計不合理,會使模具的冷卻不均勻產生熱應力,導致熱裂的產生;

          (3)模具的制造的影響,制造模具的一般 用機械加工和電火花加工,機械加工的表面粗 糙度對模具熱疲勞性能有很大影響,模具型腔表面應獲得較低的表面粗糙度值,不能留有刀痕、 劃傷和毛刺,這些缺陷會引起應力集中,誘發熱疲勞裂紋萌;電火花加工後的型腔表面會產生出一個變質層,這一層的化學成分、金相組織、力學性能(強度、硬度、韌性)等都發生了改變,變質層又硬又脆,並有應力和大量的微裂紋,會引起模具早期龜裂;

          (4)模具的熱處理的影響,合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需要的力學性能,提高模具的使用壽命,但是如果因熱處理工藝設計不當或操作不當而產生熱處理缺陷,將嚴重︰δ>叩某性嗇芰,引起早期失效,縮短工作壽命;熱處理後的模具要求一定的硬度,硬度偏低,易出現粘︰馱縉詮炅,如果硬度太高又可能開裂;過大的應力集中而萌生裂紋,同時冷卻系統設計不合理,會使模具的冷卻不均勻產生熱應力,導致熱裂的產生;

          (3)模具的制造的影響,制造模具的一般選用機械加工和電火花加工,機械加工的表面粗 糙度對模具熱疲勞性能有很大影響,模具型腔表 面應獲得較低的表面粗糙度值,不能留有刀痕、劃傷和毛刺,這些缺陷會引起應力集中,誘發熱疲勞裂紋萌;電火花加工後的型腔表面會產生出一個變質層,這一層的化學成分、金相組織、力學性能(強度、硬度、韌性)等都發生了改變,變質層又硬又脆,並有應力和大量的微裂紋,會引起模具早期龜裂;

          (4)模具的熱處理的影響,合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需要的力學性能,提高模具的使用壽命,但是如果因熱處理工藝設計不當或操作不當而產生熱處理缺陷,將嚴重︰δ>的承載能力,引起早期失效,縮短工作壽命;熱處理後的模具要求一定的硬度,硬度偏低,易出現粘︰馱縉詮炅,如果硬度太高又可能開裂;

          (5)壓鑄工藝的影響,高溫的鋁水傳遞給模具的熱量比較多,致使模具溫度比較高,當鑄件取走後模具溫度就急劇下降,這樣就很容易產生熱疲勞現象,出現熱裂現象;充填速度過高會 造成粘模、沖蝕、龜裂;當低速壓射速度較高使 金屬液包裹較多的氣體時,氣體在高速壓射進入型腔中的低壓區會膨脹,氣體膨脹產生爆破,氣體帶動鋁液以很高的速度沖擊、侵蝕型腔表面,造成型腔表面氣蝕缺損,被氣蝕的表面還會有裂紋產生;鋁液壓力的大小和受力方向對模具龜裂的影響也是很大的;脫模劑對模具激冷也會對模具產生熱疲勞現象。

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