公司常用金屬材料特性及熱處理

關于公司常用金屬材料特性及熱處理

5.1模具失效特征一、冷作模具失效特征:

斷裂失效/

磨損失效/疲勞失效/塑性變形。二、熱作模具失效特征:

1.熱磨損:

主要是模具與被加工的紅熱金屬坯料之間的摩擦得不到潤滑，被紅熱的金屬坯料氧化，型腔表面層被回火軟化，而氧化又加劇了磨損,形成無數(shù)的摩擦溝痕。

2.冷熱疲勞:

占失效模具總數(shù)的60~70%。冷熱疲勞是模具表面經(jīng)受反復加熱和冷卻所產(chǎn)生的應力引起疲勞的結(jié)果。

3.腐蝕:

在高溫下受到流體金屬的物理和化學作用，在壓鑄模具表面產(chǎn)生的腐蝕--表面平整，棱角變鈍，嚴重影響鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。

4.斷裂失效:

在壓鑄模當中約占5~10%左右。

5.塌陷

模具在服役過程中，模腔型面變形下塌，使加工零件呎寸超差，從而造成模具失效。第2頁,共30頁，2024年2月25日，星期天A材質(zhì)

材質(zhì)錯誤:

(1)造成熱處理工藝不當，熱處理后硬度不足;組織過熱、過燒致使工件報廢;(2)影響材質(zhì)機械性能造成模具過早失效；材料品質(zhì)差：<1>材質(zhì)化學成份與標準不相符；<2>成份偏析:嚴重共晶碳化物帶狀、網(wǎng)狀偏析、夾雜、液析等；

SKH51試樣中部橫向金相照片(不合格)

SLD高倍照片，較完好的魚骨狀共晶碳化物(不合格)SLD共晶碳化物不均勻度1.5級(合格)SKH51共晶碳化物不均勻度2級(合格)第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天材質(zhì)不良開裂案例圖1SLD模板表面開裂照片，裂紋長度97mm。圖2SLD模板側(cè)面照片，存在明顯磨削裂紋。

圖3模板開裂附近金相圖片，共晶碳化物不均勻度為網(wǎng)系5.5級。圖4模板未開裂處金相圖片，共晶碳化物不均勻度為1.5級。

模板開裂的主要原因是材料內(nèi)部碳化物分布嚴重不均材質(zhì)不良所致，而磨削工序進給量過大，亦起促進作用。第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天B.模具結(jié)構(gòu)設計與熱處理:

還須注意其熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均勻，形狀結(jié)構(gòu)不合理(如尖角)等。將促成熱處理加工時。因強大的熱處理應力、組織應力雙重作用，而致使開裂之可能。W/E加工時會打破原有應力平衡，應力重新分配時導致模板薄弱處發(fā)生開裂。第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

C.熱處理加工操作控制不當

YK30、SKS3模板校變形開裂檢討:

熱處理校正時間過長、回火前溫度(80℃)偏低、存在回火不及時之疑點;

材質(zhì)經(jīng)質(zhì)量追溯均存在質(zhì)量缺陷。

SLD結(jié)構(gòu)復雜件加工中開裂異常原因:

工件結(jié)構(gòu)不對稱且直角太多；冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低；壓變形時機控制不當；回火不及時及回火入爐溫度過高(450℃)。裂紋第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

基體組織高溫回火燒傷層二次淬火燒傷層D研磨加工的影響第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天E.線切割(W/E)及放電(EDM)加工的影響:

金屬表面快速熔化及凝固，形成硬度、組織及性能異常的變質(zhì)層,最深可達0.1mm,該變質(zhì)層模具使用壽命將產(chǎn)生較大影響。模具材料與熱處理網(wǎng)址:10.151.7.108/moldsys第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

壓鑄(鎂/鋁/鋅)利用高壓強制將金屬溶液壓入形狀復雜的金屬模內(nèi)的一種精密鑄造方法呎寸公差小;表面精度高;較其它鑄造強度高;大量生產(chǎn),節(jié)省成本合金受限制;設備費用高;鑄件氣密性差

第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

第五章壓鑄鎂合金

1AZ91D特性

2鎂合金的優(yōu)勢

3鎂合金的應用

4耐鹽水腐蝕性

5鎂組織形態(tài)

6存在的問題第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

1.1鎂合金特性

熔液的流動性良好,可以鑄造薄壁之鑄件,但有高溫脆性,容易破裂,壓鑄性不良,若與鋁合金壓鑄件利用同樣的條件鑄造會形成嚴重的破裂;同時因熱膨脹系數(shù)大,太高模具溫度,易在肋部發(fā)生表面收縮.

由于熔液甚易氧化,且接觸空氣會引起燃燒,需加以保護,防止合金在675度以下之氧化.

鎂合金的切削性非常好,可以高速切削

耐蝕不良,特別是在潮濕空氣及近海之環(huán)境為甚,故鎂鑄件必須在壓鑄后施以特別的防護處理.第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天1.2AZ91D化學成份Name

AlZnMnFe(max)Cu(max)Si(max)Ni(max)M

9.100.7730.2510.0010.0010.01200.001H

8.920.7830.2400.0010.0010.01270.001Y

9.170.5550.2270.0010.0010.02080.001R

9.35

0.744

0.2480.001

0.001

0.0164

0.001

ASTMSPEC.

8.5~9.5Al,0.17~0.40Mn,0.45~0.90Zn,0.05maxSi,0.025maxCu,0.001maxNi,0.004maxFe第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天1.3AZ91D特性第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天2鎂合金的優(yōu)勢Mg與其它金屬材料比較Mg與工程塑膠材料比較★

比重低(為Al的2/3,Fe的1/4)★

高剛性及抗撓曲性★

質(zhì)地硬,強度較高★

散熱性佳☆成形性及加工性良好★

電磁遮蔽性佳☆耐蝕性一般★優(yōu)良吸震性,抗衝擊性及抗疲勞性☆

吸振能力佳☆不易磨耗,質(zhì)感佳☆韌性高☆

尺寸穩(wěn)定性及抗?jié)撟冃约选罴夹g門檻高

☆回收性佳第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天3鎂合金的應用領域範圍實用零組件/AppliedParts汽車工業(yè)散熱器,輪圈,儀表板框架,方向盤,傳動組件外蓋,氣缸頭蓋,離合器及剎車踏板,外殼懸吊系統(tǒng)支架,凸輪箱罩,油箱蓋,天窗???等等。3C電子產(chǎn)品筆記型電腦,數(shù)位音響(CD/MD),數(shù)位影像處理機(VCD/DVD),數(shù)位相機,移動電話,個人數(shù)位助理器(PDA),通訊器材,資訊家電(IA)產(chǎn)品外殼及零組件???等等。自行車車身,前叉,輪圈,踏板及其它關鍵零組件???等等

第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天範圍實用零組件高密封性系統(tǒng)

油壓及氣壓管路元件,幫補外殼,各式閥,冷氣壓縮機外殼???等等。運動休閑器材

高樂夫球頭,釣竿,弓,捕手面罩,直排輪,滑板車,健身器材外殼???等等。工業(yè)用工具

噴槍,齒輪箱蓋外殼,打釘機,電鋸,電鉆???等等。武器系統(tǒng)及醫(yī)療設備

槍枝殼,彈匣,步兵通訊裝備,高精密儀控,輕量化醫(yī)療器材???等等。第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

3C電子產(chǎn)品使用鎂合金的理由

強度/重量比佳,重量輕,剛性好

耐沖擊,耐磨

環(huán)保法規(guī)要求

耐熱,散熱性佳

吸振性,電磁遮蔽性佳

產(chǎn)品潮流

成本適當

制造技術成術

無可燃性4鎂合金的耐鹽水腐蝕性能第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天5鎂鑄造組織存在的問題

模具壽命

生產(chǎn)良率

化成烤漆異常問題第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

第六章壓鑄鋁合金1壓鑄鋁合金之選擇考慮機械性質(zhì)—強度/延性及硬度等老化對於性質(zhì)及呎寸穩(wěn)定性之影響對於壓鑄過程之適應性—鑄造性/流動性/冷卻收縮等低溫及提升溫度后之強度變化機械加工性拋光/電鍍/烤漆及其它加工過程之能力抗蝕性重量及成本第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

壓鑄鋁合金特性熔點低,減少與模具之溫度差流動性佳,提高壓鑄時之填充能力熱膨脹系數(shù)小,減小收縮高溫脆性低,避免高溫破裂與模具親和力低,避免粘模,鐵含量不可太高熔液的氧化少,不影響流動性鑄造應變少,,避免產(chǎn)生變形,影響強度第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天2壓鑄性硅顯著改善流動性,固溶銅改善機械性質(zhì)/切削性及研磨性,鎂強化相,鐵減少粘模.第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

第七章壓鑄鋅合金

1壓鑄鋅合金及其成份?壓鑄性能非常良好(比鋁合金佳);?機械性質(zhì)佳,強度及延展性等也甚佳;?表面精光好;?流動性良好,可以壓鑄斷面極薄且形狀復雜之鑄件;?鋅鑄件之尺寸精度也甚高,但鋅鑄件易產(chǎn)生時效收縮變形,而使其尺寸安定性較差.第23頁,共30頁，2024年2月25日，星期天3號與5號專利鋅合金成份(其它ZA-8,ZA12等)第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

2合金化原理?鋁:改善鑄件強度及降低溶鐵度.理想含量在3.9~4.3%,若大于4.3%,合金就會變脆,不易彎曲及鉚接等加工,若低於此規(guī)定,則壓鑄薄壁件很困難,且大鑄件冷卻過程中有可能出現(xiàn)裂痕.?鎂:改善鋅合金中不純物存在而引起的晶粒腐蝕作用,含量多時會降低沖擊強度,引起熱脆性;?銅:防止晶間腐蝕,增加強度,硬度,但若超過規(guī)定值,易使鑄件產(chǎn)生不穩(wěn)定之狀況;?鉛/鎘/錫;不純物,產(chǎn)生晶粒腐蝕?鐵:鐵對鋅鑄件之特性是無害的,但堅硬的鋁鐵化合物(FeAl3)過量就會增加機械加工和磨光之困難.第