蘇以人，陳冬利

1.概況

鋁合金壓鑄模材料為4Cr5MoSiV1(H13)鋼，硬度要求42～48HRC。其制造工藝路線是：鍛造→退火→粗加工→熱處理→精加工。模具在真空爐中加熱，溫度（1030±10）℃，保溫90min，氬氣淬火，560～580℃回火保溫6h在空氣中冷卻。處理后的硬度為51～52.5HRC。

2.失效模具檢查

模具使用時(shí)間不長便發(fā)生開裂，化學(xué)成分分析符合4Cr5MoSiV1鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)。斷口觀察有明顯貝紋線，裂紋源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)由于高溫氧化呈現(xiàn)出深淺不同的氧化色，使疲勞裂紋更加清晰。裂紋源位于模具型面拐角處。另外一副模具在使用前已有裂紋，在使用中成為裂紋源，斷口上裂紋處有黑色氧化物，其擴(kuò)展區(qū)無明顯貝紋線，但有較長的快速撕裂條紋。

金相組織檢驗(yàn)為回火馬氏體+回火托氏體（呈黑色網(wǎng)絡(luò)）。對黑色網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SEM能譜分析，該處有鉻、釩碳化物，還有雜質(zhì)元素硫的偏聚。金相組織檢查還發(fā)現(xiàn)由于鋼的化學(xué)成分不均勻所造成的帶狀分布組織，碳化物偏析帶（碳及合金元素富集區(qū)）有塊狀和堆集狀碳化物，還有十分細(xì)小、密集的點(diǎn)狀碳化物。兩側(cè)貧碳貧合金元素區(qū)域，雖然已經(jīng)過高溫回火，組織已發(fā)生變化，但原淬火時(shí)形成的貝氏體形態(tài)（黑針狀）仍然可見。

3.失效分析及預(yù)防措施

大型模塊的成分偏析是難免的，鍛造使成分和組織不均勻難以消除，大塊堆集狀和鏈網(wǎng)共晶碳化物不易被破碎均勻化。因此，大模塊可先進(jìn)行1100～1150℃固溶-高溫回火預(yù)處理，以改善組織不均勻性，消除原材料中二次碳化物網(wǎng)，增加模具的韌度。采用680℃左右高溫回火，保溫透熱后空冷。

淬火溫度選用1000～1050℃，可得到細(xì)小晶粒和性能較好的細(xì)針狀馬氏體組織，亞穩(wěn)定共晶碳化物。如果數(shù)量不多且分布均勻，形態(tài)圓整，有利于鋼性能的提高。4Cr5MoSiV1鋼在空冷條件下可能獲得馬氏體組織，但在800～860℃溫度區(qū)間內(nèi)緩冷，有二次碳化物沿晶界析出，如果采用油冷淬火（油溫55～150℃）或分級淬火，可抑制二次碳化物沿晶界析出，避免產(chǎn)生脆性。

4Cr5MoSiV1鋼有回火脆性，尺寸較大的模具高溫回火后應(yīng)采用油冷，以避免回火脆性，提高韌度，延長模具使用壽命。

4.結(jié)語

（1）該鋼原材料化學(xué)成分偏析嚴(yán)重，造成組織不均勻，產(chǎn)生附加應(yīng)力，是導(dǎo)致早期開裂的重要原因。

（2）氬氣淬火壓力不夠，冷卻速度較慢，致使淬火組織中出現(xiàn)黑色托氏體，也可能有網(wǎng)狀碳化物析出，降低了材料的強(qiáng)度和沖擊韌度，也是導(dǎo)致早期開裂的原因之一。

（3）因模具尺寸較大，高溫回火后空冷冷速不足，引起回火脆性的發(fā)生。

（4）模具截面改變處的R角太小，引起熱處理應(yīng)力集中而產(chǎn)生微裂紋，工作時(shí)微裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致模具早期失效。