H13鋼ダイカスト金型の故障解析

公開時間： 05 / 10 2021 著者：サイト編集者訪問：13115

光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、硬度計、衝撃試験機などを使用して、アルミニウム合金成形用のH13鋼ダイカストダイの初期故障原因を分析しました。結果は、金型の破壊モードが全体的に脆性破壊であることを示しています。主な理由は、金型鋼にバンド偏析、非金属介在物、液体炭化物などのより深刻な構造上の欠陥があることです。同時に、熱処理プロセスは不合理です。非金属亀裂は、熱応力と機械的力の作用下で介在物と液化炭化物の周りに形成されます。バンドの偏析と不当な熱処理プロセスにより、金型の衝撃靭性が低下し、亀裂が急速に伝播し、最終的に金型の早期故障につながります。

光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、硬度計、衝撃試験機などを使用して、アルミニウム合金成形用のH13鋼ダイカストダイの初期故障原因を分析しました。結果は、金型の破壊モードが全体的に脆性破壊であることを示しています。主な理由は、金型鋼にバンド偏析、非金属介在物、液体炭化物などのより深刻な構造上の欠陥があることです。

H13鋼は、現在最も広く使用されている熱間ダイス鋼です。高温強度と硬度が高いため、靭性、熱疲労性能、中温条件下での耐摩耗性に優れ、溶湯の腐食に耐えることができます。、ダイカスト金型の製造によく使用されます。

使用中、ダイカスト金型は、高温溶融金属の衝撃および圧縮応力に耐える必要があり、また、離型中にダイカスト金属の圧縮によって発生する引張応力にも耐える必要があります。応力の状況はより複雑であり、使用プロセスは多くの場合、熱亀裂と、脆性破壊、腐食、または侵食による全体的な故障が原因です。

ダイカストダイの故障を引き起こす多くの要因があります。障害の原因を正しく特定することは困難です。さらに、国内メーカーが製造するH13鋼の品質は不均一であり、熱処理プロセスは合理的ではありません。これは、ダイカストダイの故障解析に大きな影響を与えます。難しい。

冶金工場では、H13鋼製のアルミ合金ダイカスト金型を使用し、100以上の製品を試作しました。使用時間が13日未満になった後、金型全体が破損し、プラントに一定の経済的損失をもたらしました。 HXNUMX鋼ダイカストダイの故障の理由を見つけるために、著者は実施しました
故障解析。

組織の欠陥

ダイブランク鋼の焼鈍構造には明らかなバンド偏析欠陥があります。バンド分離は一種の化学組成分離です。鋼塊を鍛造・圧延すると、凝固過程で形成された樹枝状偏析が圧延・伸長して偏析帯を形成します。アニーリング中に、炭化物は偏析ゾーンに沿って析出し、密度の異なるバンドを形成します。分離。バンド偏析は、H13鋼の偏析の程度を測定するための最も単純で最も重要な指標です。これは、鋼塊構造における合金元素とデンドライトの分離、および熱間加工プロセスが適切かどうかを反映することができます。鋼の横方向の衝撃靭性に大きな影響を与えます。したがって、NADCA＃2007-2003規格では、焼鈍構造の許容レベルとH13鋼のバンド偏析が明確に規定されています。バンドの偏析は、急冷後の構造と特性に大きな影響を及ぼします。急冷後、炭素の少ないゾーンに低炭素のマルテンサイト構造が形成され、炭素の多いゾーンに高炭素のクリプトンマルテンサイト構造が形成され、最終的に継承されます。焼き戻し状態。破損したダイス鋼のバンド偏析は深刻であり、構造は非常に不均一であり、ダイの横方向の靭性に深刻な影響を及ぼします。

偏析ゾーン内の非金属介在物と液化炭化物。インゴットの再加熱と拡散により元素の偏析を低減できることが研究で指摘されていますが、H13鋼の場合、偏析を完全に排除することは困難であり、一度偏析ゾーンに現れると、多数の非金属介在物と液化炭化物が発生します。鋼の横方向の衝撃靭性をさらに低下させます。これは、NADCA＃2007-2003で帯域分離レベルが適格であるかどうかを区別するための重要な基礎でもあります。試験結果によると、ダイス鋼の純度は低く、偏析ゾーンには非金属介在物が多数含まれています。その中で、DS Al 2 O 3の大きな粒子の含有物は2.0のレベルに達しており、マトリックスの連続性に深刻なダメージを与えています。、外力の作用により、クラックが発生しやすくなります。介在物の数が増えると鋼の強度が低下し、介在物のサイズが大きいほど靭性への影響が大きくなります。液化炭化物は、H13鋼塊の粗く連続したブロックであり、鍛造後に破壊され、鍛造方向に沿って鎖状に分布します。従来の熱処理プロセスは、基本的に液化炭化物の分布と形態に影響を与えません。したがって、液化炭化物の鎖状の分布は、焼き戻し構造のベルト状の領域にまだ見られます。介在物と同様に、液化炭化物は、それ自体の破壊またはマトリックスの界面からの分離により、鋼の脆性を高める可能性があります。さらに、局所的な鋭角の鎖状の炭化物は、応力集中と微小亀裂を容易に引き起こす可能性があります。非金属介在物と液化炭化物の集中分布は、一方では鋼の横方向の靭性に深刻な影響を及ぼし、他方では使用中に亀裂源を形成しやすい。

金型硬度が高すぎる

硬さ試験の結果から、故障した金型の硬さはNADCA＃2007-2003の推奨硬さ範囲よりも高く、分布が不均一であることがわかります。 H13鋼の焼入れ焼戻し曲線によると、焼入れ温度が高すぎたり焼戻し温度が低すぎたりすると、H13鋼の硬度が高くなり、焼戻しが不十分な場合、金型の硬度分布が不均一になることがあります。熱処理工程での不適切な操作や炉の温度制御により、焼入れ焼戻し後の金型の硬度が高くなり、金型の衝撃靭性にさらに影響を及ぼし、最終的に微細構造が不安定な状態になり、内部応力が過剰になります。大きく、外力が作用すると割れやすく、金型の早期故障の原因となります。

失敗プロセス

使用中、ダイカスト金型は、高温溶融金属の衝撃と圧縮応力、および離型時にダイカスト金属の圧縮によって発生する引張応力に耐える必要があり、使用環境は比較的過酷です。試験結果から、表面の亀裂発生源付近に多数の介在物や液化炭化物が集中していることがわかります。マトリックスからの介在物と液化炭化物の弾性、塑性、熱膨張係数には違いがあります。熱応力と機械力を繰り返し加えると、介在物や液化炭化物の周囲に応力集中が生じやすくなり、やがて微小亀裂が発生します。ダイス鋼の靭性が低いため、マイクロクラックが形成されると、ダイはクラックの伝播を防ぐのに十分な靭性を備えていません。応力が破壊強度を超えると、ダイに亀裂が入りやすくなり、ダイに亀裂が生じてスクラップになります。このことから、ダイス鋼中の非金属介在物と溶着炭化物がダイス表面に初期の微小亀裂を引き起こし、ダイス鋼の非常に低い靭性が亀裂を急速に伝播させたと判断することができます。ダイクラックの重要な原因。

改善策

上記の分析によると、H13鋼とその熱処理プロセスについては、
次の改善が行われました。

H13鋼は、電気スラグ再溶解プロセスを採用して、鋼の純度を向上させ、非金属介在物の含有量を減らします。再溶解速度を制御するか、他の製錬プロセスを使用して液体炭化物のサイズと量を制御します。
高温拡散焼鈍と大きな鍛造比での多方向鍛造の繰り返しにより、バンド偏析が改善され、液体炭化物が減少します。
金型の全体的な硬度が指定された範囲内にあることを保証するために、金型の熱処理プロセスパラメータを厳密に制御する必要があります。

ノットディスカッション

金型の破壊は脆性破壊です。その理由は、ダイス鋼の微細構造に比較的深刻なバンド偏析があり、偏析ゾーンに非金属介在物と液体炭化物が多く、さらに合理的な熱処理プロセスがないため、金型の全体的な硬度がより高い。これらの要因の複合効果により、金型の衝撃靭性が非常に低くなります。
ダイス鋼および液体炭化物の近くの非金属介在物は、初期の微小亀裂を形成しやすく、ダイス鋼の靭性が非常に低いため、亀裂が急速に伝播し、最終的にダイ全体が破損します。
将来の生産では、工場は高品質のH13ダイス鋼を選択し、熱処理プロセスパラメータを厳密に管理しました。金型の耐用年数が大幅に改善されました。 10個をダイカストした後、大きな貫通亀裂は見られませんでした。

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