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　　关键词:汽车零部件；模具；电火花坑；白色火花层；微裂纹；预防措施

　　2模具故障问题的描述

　　汽车零件塑料模具尺寸为30×70×160mm，模具类型为1模2腔，H13。模具钢调质型腔电火花加工后，发现45°斜面处出现大量“砂眼”，不能满足更终使用要求。解剖后分析了失效模具的失效原因。

　　3模具的原始形状和缺陷位置

　　宏观上看，缺陷主要集中在右腔的45°斜面位置，如图1b标注的位置，分布规律明显。

　　图1模具的原始形状和缺陷位置

　　a、模具的原始形状B、缺陷位置

　　4模具解剖示意图

　　根据图2中的剖面线A-A’、B-B’、C-C’、D-D’和E-E’对模具进行切割和取样。样品取自右侧缺陷位置的型腔，1号样品为高倍样品，观察面为截面A-A '中模具型腔边缘的缺陷位置。样品2#为扫描电镜样品，观察面为模具型腔的缺陷位置。

　　图2模具解剖示意图

　　5故障分析

　　5.1化学成分分析

　　测试仪器:赛默飞世尔科技ARL4460直读光谱分析仪。

　　检测位置:模体。

　　取霉菌样品进行直读光谱分析，具体成分见表1。通过光谱分析，化学成分正常。

　　5.2模具硬度分析

　　测试仪器:WilsonHardnessROCKWELL @ 2000 Rockwell，德国。

　　检测位置:模体。

　　模具侧面进行洛氏硬度测试，单值为52.8/51.8/52.2HRC，平均值为52.26HRC。

　　5.3高功率分析

　　检测仪器:轴视镜。德国蔡司A1立式光学显微镜。

　　检测位置:取样示意图中的1号样品，在A-A '截面的模腔边缘。

　　(1)非金属夹杂。h13是否是V钢高倍抛光后的样品，在100×下直接观察，没有大颗粒夹杂和起皮现象。

　　(2)碳化物的液相沉淀。样品抛光后，用4%硝酸酒精溶液腐蚀高倍样品，分别在100×和500×下观察，未发现液体碳化物。

　　(3)微观结构。抛光后的高倍样品用4%硝酸酒精溶液腐蚀，分别在50×、100×和500×下观察微观结构。

　　缺陷截面A-A '处空洞边缘的显微组织异常(见图3中标注的圆圈)，电火花有白色层和厚度不均匀的微裂纹，自上而下为熔化凝固层和热影响层。图4a中熔化凝固层的更大深度为110μm，热影响层的更大深度为105μm，图4d中熔化凝固层的更大深度为195μm，热影响层的更大深度为110μ m，其他位置的空洞边缘无异常组织(见图4b中K圈位置)。

　　图3高倍试样纵剖面和缺陷位置示意图

　　图4异常部位的微观结构

　　a异常位置50×b异常正常位置50×

　　将ca中的异常位置放大100×db，将CA中的异常位置放大100×db

　　熔化凝固层中有许多微裂纹，有些只在熔化凝固层中延伸，终止于结合处(见图5a)，有些穿过熔化凝固层延伸至热影响层[3](见图5b)。更大裂纹深度为230μm，熔化的凝固层和热影响层局部分离。

　　图5熔化固化层500×

　　在凝固层中可以观察到明显的晶体结构(见图6a)，在热影响层中存在明显的脱碳现象(见图7a)。在矩阵结构中没有异常(参见图7b)。无论是否添加V钢，都是正常的回火组织h13。

　　图6熔化凝固层-热影响层500×

　　图7热影响层-基底500×

　　5.4扫描电子显微镜分析

　　测试仪器:德国蔡司EDAX扫描电子显微镜。

　　检验位置:取样示意图中的2#样品，模具型腔的缺陷位置。

　　为了进一步确定缺陷的原因，通过SEM和EDS分析机加工表面，以查看h13是否是V钢。

　　SEM宏观形貌显示缺陷为圆形凹坑，形状规则(见图8)，与其他正常加工位置明显不同。

　　图8缺陷位置的SEM宏观形貌

　　SEM和EDS分析表明，正常电火花加工表面有大量的小凹坑和轻微的积碳，碳的重量百分比更高达到5.07%(见图9)，为正常电火花加工表面。

　　图9正常位置的SEM形貌和EDS分析

　　图10大坑中球形铁屑的SEM形貌和EDS分析

　　图11大坑内壁的SEM形貌和EDS分析

　　除了蚀坑表面区域的碳，SEM分析还发现了大蚀坑内部和表面的大量微裂纹(见图12)，这与高倍显微结构分析的结果一致。

　　图12大坑及其附近微裂纹的扫描电镜形貌和背散射形貌

　　ASEM形态学B背散射形态学

　　在电火花加工过程中，施加在电极和工件上的脉冲电压会击穿工作液并产生火花放电。在放电的微通道中，大量热能瞬间集中，温度可高达1000℃以上，压力也急剧变化，使这个工作面上的少量金属材料立即熔化甚至气化[4]，并爆炸性地飞溅到工作流体中，迅速凝结形成固体金属颗粒(球形小铁屑和积碳)，被工作流体冲走。此时工件表面留下一个微小的坑痕，即电火花坑[5]。

　　6预防措施

　　(1)在电火花加工中选择合理的放电参数，以避免不正常的电火花加工凹坑和深的热影响区。

　　(2)电火花加工后应进行表面抛光，去除白层和热影响区，同时进行去应力回火，减少白层和热影响区的影响。

　　根据以上分析，H13失效模具型腔内的45°平面明显异常，大量“砂眼”实际上是电火花加工过程中操作不当造成的电火花凹坑。原因是排渣不畅，导致积碳，造成局部过加工，电火花加工存在白层、微裂纹等电火花缺陷。

　　结束

　　文末相约，感谢阅读！

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