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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(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。

　　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(jié)構(gòu)

　　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(jié)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(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析的結(jié)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(jié)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(jié)束

　　文末相約，感謝閱讀！

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