热锻模早期失效分析报告

热锻模具钢用于制造高温状态下压力加工的模具，具有高速、高温、强负荷、高韧性的恶劣工作环境，型腔内局部温度可高达600℃，因此热稳定性能成为热锻模具钢的一个重要指标。

本文分析的汽车用热锻模材料为H13，采用电渣重溶和普通热处理，设计硬度为48±1HRC，使用初期即发生开裂。宏观观察模具外观，模具锻造比较大，型腔较深，开裂位置贯穿模具型腔最深处。宏观图片如下图：

图1  样品实物照片及开裂位置

图2  断口宏观图片

根据模具的失效情况，我们分别对模具的工况，材料，热处理指标硬度、金相等进行了失效分析检测

样品前处理

一、硬度测试

结果分析：模具型腔内硬度有明显降低，基体硬度超出设计要求。

二、化学成分

结果分析：模具化学成分符合标准规范要求，未见异常。

三、金相分析

图3  1#件模具型腔表面显微组织  100×

图4  1#件模具型腔热疲劳裂纹显微组织  500×

图5  1#件模具型腔热疲劳裂纹未腐蚀  500×

图6  1#件垂直于型腔面带状组织  100×

图7  1#件心部晶粒度  100×

图8  1#件裂纹附近显微组织  100×

图9  1#件裂纹附近显微组织  500×

图10  1#件基体显微组织  500×

图11  1#心部夹杂物未腐蚀  200×

结果分析：失效模具显微组织如图3至图11所示。经过对比分析，分析结果如下：型腔面存在＜0.1mm的热疲劳裂纹（见图3-5），基体组织为粗大贝氏体+回火马氏体+少量共晶碳化物（见图9/10），钢材存在成分偏析，组织偏析形成的纤维带状组织与裂纹方向平行（见图6/8），基材晶粒度8级（见图7），有轻微夹杂物（见图11）。模具心部存在较粗大的针状贝氏体，组织有明显的偏析，可能热处理过程存在不规范。

四、分析结论

1、宏观观察样品，裂纹起始位置位于型腔内部一端中间位置，模具型腔有使用痕迹，导向凸起有撞击痕迹，断面裂纹走向由型腔面向基体呈河流状延伸；

2、模具型腔处硬度为46HRC，基体硬度为51.5HRC左右，超出设计要求，型腔面由于使用受热产生了硬度降低和疲劳微裂纹；

3、模具成分符合H13范围要求，但存在微观偏析，经过显微硬度对比，偏析处硬度约550HV1，远离偏析处约500HV1，当基材偏析较严重时，易使钢材力学性能产生各向异性，并且失效模具型腔面与带状组织垂直，有利于裂纹扩展。

4、综合以上分析，失效模具基体组织较粗大、硬度较高，是材料脆性增加的主要原因。