模具失效的案例分析

班 级 ： 材 料 11302班 组 号 ： 第 07 组 组 员 ： 陈 帅 挥 徐 文 涵 张 栋 H13钢 汽 车 热 锻 模 具 失 效 机 理 分析 1） 模 具 及 材 料 基 本 概 况 2） 模 具 失 效 的 分 析 手 段 3） 模 具 失 效 的 分 析 及 结论 4） 解 决 措 施 H13钢 汽 车 热 锻 模 具 失 效 机 理 分 析1） 模 具 及 材 料 基 本 概 况 ：模 具 材 料 及 模 具 加 工 方 式 ： 目 前 ， 国 内 汽 车 热 锻 模 具 钢 大 都 采 用 H 系 列 钢 ， 具 有较 高 的 高 温 强 度 和 抗 回 火 能 力 ， 红 硬 性 好 ， 且 有 良 好 的 抗高 温 疲 劳 腐 蚀 性 能 。 此 次 分 析 的 热 锻 模 材 料 均 为 H13 模具 钢 , 钢 号 4Cr5MoSiV1 , 其 标 准 材 料 的 化 学 成 分 如 表 1 所 示 。 热 锻 模 具 材 料 的 热 处 理 工 艺 流 程 为 : 去 应 力 退火 淬 火 3 次 回 火 ,模 具 表 面 还 进 行 了 氮 化 处 理 , 最 终 洛 氏 硬 度 (HRC) 在 49 50. 模 具 的 工 作 环 境 及 寿 命 此 次 分 析 的 汽 车 热 锻 模 具 应 用 于 轴 类毛 坯 件 的 粗 锻 阶 段 ， 胚 料 初 始 温 度 12001300 ， 由 于 热 作 模 具 的 工 作 面 往 往 与 高温 坯 料 直 接 触 ， 模 具 型 腔 的 瞬 时 温 度 可 达 600 700 。 另 外 ， 模 具 工 作 中 需 采 用喷 水 冷 却 ， 持 续 时 间 大 约 在 0 2 0 4S， 这 样 使 得 模 具 在 工 作 中 产 生 周 期 性 的 温度 变 化 ， 冷 热 交 替 循 环 易 引 起 热 疲 劳 。 模具 使 用 寿 命 调 查 发 现 ， 使 用 寿 命 较 短 的 热锻 模 具 在 16001800件 ， 使 用 寿 命 较 长 的在 55007000 件 ， 模 具 平 均 寿 命 在 40005000件 ， 寿 命 很 不 稳 定 ， 而 国 外 同类 模 具 使 用 寿 命 一 般 在 1万 件 以 上 。 2） 模 具 失 效 的 分 析 手 段 表 面 宏 观 分 析 对 失 效 热 锻 模 工 作 面 宏 观 形 貌 观 察 ， 大 部 分 失效 热 锻 模 都 是 在 表 面 出 现 了 不 同 程 度 的 损 伤 ， 表 面的 磨 痕 清 晰 可 见 ： 沟 痕 、 划 伤 、 粘 着 磨 损 现 象 。 除磨 损 外 ， 还 有 大 量 的 冷 热 疲 劳 裂 纹 ， 呈 网 状 (龟 裂状 )或 放 射 状 分 布 。 裂 纹 处 的 显 微 形 貌 为 进 一 步 观 察 裂 纹 部 位 的 细 节 ， 选 取 了 具 有 典型 裂 纹 的 上 模 下 端 面 的 失 效 部 位 ， 用 线 切 割 机 切 割裂 纹 部 位 ， 进 行 取 样 分 析 ， 样 件 尺 寸 10mmX 10mmX 6mm。 通 Philpsquant-200型 扫 描 电 子 显 微 镜 进 行 观测 ， 得 到 了 不 同 倍 数 的 扫 描 电 镜 图 片 ， 可 以 看 到 ，在 失 效 模 具 表 面 边 缘 处 出 现 大 量 的 蚀 点 ， 边 缘 磨 损严 重 ， 失 去 形 状 。 模 具 表 面 分 布 裂 纹 ， 裂 纹 深 浅程 度 不 一 ， 主 裂 纹 周 围 伴 有 大 量 细 小 裂 纹 ， 靠 近模 具 端 部 的 细 小 裂 纹 已 经 纵 横 沟 通 ， 由 边 缘 向 内 部延 伸 。 裂 纹 内 有 氧 化 物 夹 杂 ， 并 且 模 具 端 部 裂 纹表 面 有 部 分 脱 落 ， 脱 落 部 分 面 积 大 约 有 200 mm x 80 mm大 小 。 模 具 材 料 的 表 层 组 织 发 生 变 化 ， 有 表面 氧 化 现 象 。 能 谱 分 析 为 了 更 深 入 地 研 究模 具 失 效 的 原 因 ， 鉴 定裂 纹 内 外 元 素 含 量 的 变化 及 合 金 元 素 扩 散 的 情况 ， 进 行 了 裂 纹 区 域 的能 谱 分 析 (EDS)。 为 便 于比 较 ， 在 试 样 上 选 取 了位 于 裂 纹 处 及 基 体 上 的A,B两 个 点 进 行 扫 描 ， 利用 GENESIS型 能 谱 分 析 仪， 从 而 得 到 了 裂 纹 内 及基 体 处 的 EDS图 谱 。 裂 纹 A与 裂 纹 B处 的 元 素 情 况 3） 模 具 失 效 的 分析 及 结 论 裂 纹 处 的 扫 描 图 谱 中 没 有 发 现 合 金 元 素 M n ， M o ， V ， Si， 裂 纹 附 近 的 合 金 元 素也 发 生 了 变 化 合 金 元 素 含 量 改 变 。 由 此 可 知 ， 在 高 温 腐 蚀 的 环 境 作 用 下 ，失 效 模 具 钢 表 面 的 合 金 元 素 进 行 了 重 新 分布 ， 裂 纹 处 的 合 金 元 素 M n， M o， V ， Cr 的 含 量 大 幅 降 低 ， 导 致 模 具 材 料 的 局 部 强度 下 降 ， 形 成 可 能 的 裂 纹 萌 生 源 。 这 种 初始 裂 纹 在 外 载 荷 ， 尤 其 是 强 烈 的 冲 击 载 荷 和 冷 热 交 替 循 环 产 生 的 交 变 热 应 力 作 用 下 ， 极易 增 长 。 扩 展 的 裂 纹 逐 渐 沟 通 融 合 ， 即 可产 生 宏 观 裂 纹 ， 产 生 龟 裂 现 象 。 此 外 ，在 高 温 腐 蚀 下 模 具 表 面 产 生 氧 化 物 ， 脆 性 氧化 物 的 脱 落 降 低 了 模 具 表 的 耐 磨 性 和 抗 氧 化性 ， 加 速 了 表 层 磨 损 ， 最 终 导 致 模 具 失 效 。 对 裂 纹 深 处 的 进 一 步 研 究 表 明 ， 穿 过 表层 的 裂 纹 内 未 见 有 脱 碳 ， 裂 纹 内 部 也 未 见氧 化 现 象 ， 所 以 ， 可 以 认 为 裂 纹 不 是 由 热处 理 产 生 的 。 裂 纹 内 及 裂 纹 附 近 均 出 现 了 氧 元 素 ， 裂纹 处 的 含 量 更 高 ， 模 具 钢 表 面 发 生 了 氧 化腐 蚀 ， 且 裂 纹 处 氧 化 严 重 。 显 微 硬 度 分 析利 用 FM-300维 氏 显 微 硬 度计 测 定 了 裂 附 近 的 显 微 硬 度。 从 测 量 结 果 看 ， 可 以 观察 到 失 效 模 表 面 有 一 退 化 层 ， 其 深 度 在 300 800m之 间， 退 化 层 上 分 布 有 裂 纹 ；越 靠 近 材 料 表 面 硬 度 值 越 低 ， 硬 度 值 的 变 化 范 围 在 195 455HV 之 间 ， 而 H13 模 具钢 原 始 硬 度 应 在 500 HV左右 。 而 且 模 具 钢 表 面 经 过高 温 氧 化 腐 蚀 后 ， 材 料 内化 学 元 素 含 量 的 比 例 发 生 改变 ， 合 金 元 重 新 分 布 ， 且越 靠 近 表 面 的 部 位 合 金 元 素降 低 越 严 重 ， 硬 度 也 随 之 下 降 的 越 快 ， 由 此 可 以 推 断， 硬 度 的 改 变 是 由 材 料 内 元素 成 分 的 变 化 引 起 的 ， 图 中 给 出 了 显 微 硬 度 分 布 结果 。 由 上 述 试 验 分 析 可 知 ， 在 高 温 高 压 的 工 作 环 境 中， 材 料 表 面 成 分 改 变 ， 局部 表 面 合 金 元 素 的 降 低 ， 直接 导 致 了 模 具 材 料 性 能 的 下降 ， 在 强 烈 的 冲 击 及 热 疲劳 载 荷 作 用 下 ， 在 该 部 位首 先 出 现 破 损 ， 显 然 ， 引起 热 锻 模 具 失 效 的 初 始 破 坏是 从 材 料 的 表 面 开 始 的 。 初始 破 损 在 冲 击 载 荷 和 热 疲 劳载 荷 交 替 作 用 下 ， 不 断 扩 展 延 伸 ， 相 互 贯 通 ， 形 成宏 观 裂 纹 ， 加 上 表 面 的 高温 氧 化 作 用 ， 形 成 脆 性 氧化 物 ， 脆 性 氧 化 物 的 抗 疲劳 性 能 较 差 ， 容 易 引 起 脱落 ， 这 样 在 有 些 失 效 模 具上 就 出 现 了 边 缘 部 位 表 面 的大 面 积 脱 落 。 某 失 效 模 具 钢 表 层 材 料 的硬 度 变 化 曲 线 结 论导 致 汽 车 热 锻 模 失 效 的 主 要 原 因 是 ： 模 具 型 腔 表 面 的 热 磨 损 、 高 温 氧化 及 热 疲 劳 裂 纹 。 模 具 工 作 面 表 层 材 料 的 性 能 对 模 具 的 最 终服 役 寿 命 起 到 至 关 重 要 的 作 用 ， 要 提 高 模 具的 工 作 性 能 ， 延 长 其 使 用 寿 命 ， 也 应 从 材 料 的 表 面 着 手 。 随 着 材 料 表 面 工 程 处 理 技 术 的 发展 ， 通 过 表 面 工 程 的 技 术 手 段 ， 可 以 很 好 地 改善 材 料 的 表 面 性 能 ， 如 提 高 材 料 的 抗 高 温 腐蚀 性 能 ， 耐 磨 损 性 能 ， 提 高 疲 劳 强 度 等 。 常 用的 表 面 处 理 手 段 如 表 面 喷 涂 ， 表 面 溶 覆 等 工 艺可 显 著 地 提 高 材 料 的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 可 大 大 地提 高 热 锻 模 的 使 用 寿 命 ， 而 且 具 有 良 好 的 经济 性 。 参 考 文 献 【 1】 樊 东 黎 ， 王 广 生 ， 热 处 理 手 册 【 M】 .北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ， 2001. 【 2】 徐 进 .陈 冉 技 .模 具 钢 【 .M】 .北 京 :冶 金 工业 出 版 社 ， 1989. 【 3】 曾 珊 琪 ， 丁 毅 ， 模 具 寿 命 与 失 效 M】 .北 京:化 学 工 业 出 版 社 ， 2005. 【 4】 宝 志 坚 .汽 车 热 锻 校 具 的 失 效 机 理 及 延 寿技 术 【 D】 .北 京 :华 北 电 力 大 学 ， 2006. 【 5】 徐 滨 士 .神 奇 的 表 面 工 程 【 M】 .北 京 :淸 华大 学 出 版 社 ， 2000. 【 6】 刘 宗 徳 .安 江 英 ， 杨 昆 等 .电 爆 炸 高 速 喷 涂新 技 术 研 究 【 j】 。 爆 炸 与 冲 击 ,2001（ 1） ： 17-20 D型 石 墨 合 金 灰铸 铁 玻 璃 模 具 的裂 纹 失 效 分 析 目 录 1、 模 具 与 模 具 材 料 2、 模 具 腔 内 裂 纹 分 析 3、 结 论 4、 改 进 措 施 1、 模 具 与 模 具 材 料玻 璃 模 具 的 常 见 损 伤 原 因 及 性 能 要 求在 玻 璃 制 品 生 产 过 程 中 ， 熔 融 的 玻 璃 料 由 滴 料 机送 入 玻 璃 模 具 中 ， 热 量 由 模 具 内 扩 散 到 外 部 ， 快速 冷 却 使 玻 璃 料 成 型 ， 然 后 开 模 ， 得 到 玻 璃 制 品 。由 于 模 具 内 腔 频 繁 与 高 温 粘 滞 玻 璃 接 触 ， 必 定 要承 受 玻 璃 料 的 磨 损 及 腐 蚀 ； 同 时 制 品 在 模 具 内 成型 ， 则 要 经 受 1100 左 右 的 熔 融 玻 璃 到 出 模 的 600 左 右 成 型 制 品 的 快 速 温 度 循 环 ； 因 此 要 求 玻璃 模 具 在 高 温 下 具 有 良 好 的 耐 磨 损 、 耐 腐 蚀 、 抗氧 化 性 、 导 热 性 以 及 抗 热 疲 劳 性 等 性 能 ， 另 外 ，玻 璃 模 具 还 应 具 有 一 定 的 机 加 工 性 ， 材 质 致 密 ，热 膨 胀 系 数 小 ， 成 本 低 廉 等 特 点 。 D型 石 墨 合 金 灰 铸 铁 的 性 能 D 型 石 墨 是 灰 铸 铁 铁 液 在 较 高 过 冷 度 的 条 件 下 形 成的 奥 氏 体 枝 晶 间 点 状 石 墨 。 在 基 体 组 织 相 同 的 情 况下 ， D 型 石 墨 铸 铁 的 强 度 高 于 普 通 A 型 石 墨 铸 铁 。加 之 D 型 石 墨 分 布 更 为 细 小 均 匀 ， 端 部 较 钝 ， 不 会引 起 较 大 的 应 力 集 中 ， 而 且 在 共 晶 团 之 间 不 会 相 互接 触 ， 在 组 织 致 密 性 、 抗 氧 化 性 、 耐 热 疲 劳 性 等 方面 也 表 现 良 好 。 D型 石 墨 合 金 灰 铸 铁 以 其 良 好 的 抗 氧 化 性 能 被 广 泛应 用 于 玻 璃 模 具 。 在 D 型 石 墨 合 金 铸 铁 模 具 的 生 产过 程 ， 通 常 采 用 合 金 化 和 内 腔 激 冷 工 艺 ， 以 获 得 良好 的 D 型 石 墨 形 态 ， 提 高 模 具 的 抗 氧 化 性 、 耐 磨 性和 抗 热 疲 劳 性 能 。 但 是 ,如 果 工 艺 控 制 不 严 ， 会 在 模具 组 织 中 形 成 晶 间 碳 化 物 ， 退 火 时 难 以 完 全 消 除 ，导 致 模 具 在 使 用 过 程 出 现 裂 纹 ， 影 响 模 具 的 使 用 寿命 。 模 具 的 生 产 工 艺 铁 水 在 容 重 500KG 的 中 频 无 芯 感 应 电 炉 熔 炼 ， 加 料 顺序 为 废 钢 、 铁 合 金 、 回 炉 料 、 生 铁 ， 铁 水 熔 炼 温 度 1500 1520 。 为 了 缩 短 出 炉 到 浇 注 的 时 间 ， 防 止 孕 育衰 退 ， 添 加 回 炉 料 降 低 铁 水 出 炉 温 度 ， 出 炉 时 随 铁 水 流孕 育 加 入 0.4-0.6WT%的 SH 孕 育 剂 。 采 用 冷 铁 在 上 的 单箱 无 冒 口 树 脂 砂 成 形 工 艺 铸 造 成 形 ， 浇 注 速 度 约 25S/模 ， 500KG 铁 水 在 3-5MIN 内 浇 完 。 合 金 铸 铁 的 化 学 成分 如 下 表 所 示 。 模 具 落 砂 清 理 后 进 行 退 火 处 理 。 采 用功 率 为 120K W 的 台 车 式 电 阻 退 火 炉 ， 以 约 110 /H 的升 温 速 率 由 室 温 加 热 到 910 ， 保 温 6-8H， 然 后 随 炉 冷到 至 400 以 下 后 出 炉 空 冷 。铁 液 化 学 成 分 图 为 合 金 铸 铁 模 具 退 火 的 组 织 。 退 火后 的 组 织 为 铁 素 体 基 体 ， 但 组 织 中 仍残 存 少 量 的 珠 光 体 和 碳 化 物 。 2、 模 具 腔 内 裂 纹分 析裂 纹 的 宏 观 形 貌 在 服 役 过 程 中 ， 出现 早 期 内 腔 裂 纹 失效 的 模 具 如 右 图 所示 。 图 中 ， 模 具 内腔 表 面 存 在 三 条 肉眼 可 见 的 裂 纹 。 一旦 出 现 这 种 裂 纹 ，就 会 在 玻 璃 制 品 表面 留 下 印 迹 ， 影 响制 品 表 面 质 量 ； 如果 继 续 使 用 ， 模 具还 会 出 现 断 裂 的 危险 。 模 具 内 腔 裂 纹 宏观 形 貌 裂 纹 的 微 观 形 貌为 了 分 析 上 述 目 标 裂 纹 的 形 成 原 因 ， 在 模 具 内腔 表 面 截 取 裂 纹 试 样 进 行 了 微 观 分 析 。 用 线 切割 在 模 具 内 腔 表 面 截 取 包 含 裂 纹 的 矩 形 试 样 若干 ， 试 样 尺 寸 为 30MM 30MM 30MM。 经 研 磨、 抛 光 ， 在 金 相 显 微 镜 下 观 察 裂 纹 走 向 及 微 观石 墨 形 态 和 分 布 ； 再 经 5%硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后， 在 金 相 显 微 镜 及 SEM下 观 察 裂 纹 形 貌 及 基 体组 织 形 态 ， 同 时 采 用 EDS 分 析 未 知 相 的 成 分 。 由 于 目 标 裂 纹 较 长， 将 裂 纹 分 为 了 三个 部 分 。 图 示 为 裂 纹 的 起 始 扩展 示 意 图 ， 裂 纹 是 沿奥 氏 体 枝 晶 交 界 处 传播 的 ， 这 是 因 为 奥 氏体 枝 晶 间 存 在 元 素 和夹 杂 的 偏 析 ， 结 合 强度 相 对 较 低 。图 示 为 裂 纹 的 末 端 ， 从 图 中 可 以 看 出 ， 裂纹 较 细 、 无 分 枝 ， 裂纹 周 边 的 组 织 无 明 显的 相 变 。图 示 为 裂 纹 的 中 段 ，裂 纹 周 边 的 组 织 未 发生 明 显 的 组 织 变 化 ，但 裂 纹 在 传 播 的 过 程中 发 生 分 枝 。 图 示 为 裂 纹 周 边 与 远 离 裂 纹 处 的 组 织 对 比 ， a为 裂 纹周 边 ,b为 远 离 裂 纹 处 。由 此 可 见 ， 裂 纹 周 边 因 热 疲 劳 而 发 生 了 组 织 变 化 ， 这种 相 变 会 产 生 较 大 的 应 力 ， 当 应 力 得 不 到 释 放 时 ， 就会 在 模 具 表 面 产 生 裂 纹 。由 上 述 金 相 组 织 分 析 ， 可 以 得 出 ： 在 裂 纹 前 段 ， 裂 纹附 近 组 织 在 热 循 环 作 用 下 已 发 生 较 严 重 的 组 织 相 变 ；有 可 能 是 裂 纹 产 生 的 根 源 。 在 裂 纹 末 端 ， 组 织 正 常 ，是 初 始 裂 纹 在 应 力 的 作 用 下 沿 晶 间 弱 结 合 面 扩 展 的 结果 。 对 裂 纹 试 样 进 行 SEM分 析。 图 为 裂 纹 附 近 的 组 织 。在 裂 纹 两 侧 可 以 清 楚 地 看到 铁 素 体 枝 晶 以 及 明 显 的氧 化 斑 ， 而 在 晶 界 处 存 在大 量 细 小 的 白 色 颗 粒 。经 成 分 分 析 可 知 ， 块 状 和 粒状 夹 杂 均 为 碳 化 物 颗 粒 ， 碳化 物 中 含 有 少 量 的 Mo 和 Ti，即 含 Mo 和 Ti 的 合 金 渗 碳 体 。块 状 碳 化 物 和 颗 粒 状 碳 化 物的 形 成 过 程 不 同 ， 块 状 碳 化物 应 为 铸 造 过 程 产 生 的 ， 而在 退 火 过 程 中 未 完 全 溶 入 奥氏 体 ， 残 留 在 晶 界 。 小 的 颗 粒 状 碳 化 物 则 是 由 于 模 具 在使 用 过 程 中 ， 受 热 时 ， 碳 或碳 化 物 向 奥 氏 体 中 溶 解 ； 在模 具 激 冷 时 ， 溶 解 在 奥 氏 体中 的 碳 以 二 次 碳 化 物 的 形 式析 出 。 由 图 可 以 看 出 ， 在 晶 界 处 存在 块 状 和 不 同 粒 径 的 颗 粒 状夹 杂 物 。 观 察 裂 纹 附 近 组 织 晶 界 处 形 貌 ， 可 以 看 出 ， 组织 中 包 含 块 状 磷 共 晶 、 碳 化 物 、 析 出 碳 化 物 、二 次 石 墨 等 ， 其 中 块 状 磷 共 晶 和 碳 化 物 为 铸 态， 退 火 处 理 中 未 完 全 消 除 ； 二 次 石 墨 可 能 是 在退 火 过 程 中 形 成 的 ， 也 有 可 能 是 在 模 具 使 用 过程 中 形 成 的 。 在 700 以 上 的 高 温 下 ， 基 体 铁 和 石 墨 都 会 发 生 剧 烈 的氧 化 ， 而 且 石 墨 越 数 量 多 ， 石 墨 片 越 粗 大 ， 氧 化 越 严 重。 在 模 具 服 役 过 程 中 ， 模 具 材 料 会 反 复 地 经 过 铁 素 体 和奥 氏 体 转 变 区 域 ， 碳 不 断 地 溶 解 与 析 出 ， 势 必 会 造 成 体积 膨 胀 与 组 织 内 部 应 力 ； 由 于 石 墨 对 基 体 有 非 常 强 烈 的 割 裂 作 用 ， 且 石 墨 片 越 粗大 ， 端 部 越 尖 锐 ， 这 种 割 裂 效 果 越 明 显 ， 从 而 降 低 材 料的 强 度 ， 成 为 基 体 的 裂 纹 源 ； 基 体 组 织 中 若 存 在 大 块 状 碳 化 物 ， 这 种 高 温 下 不 稳 定 的异 质 相 在 模 具 工 作 过 程 中 会 部 分 发 生 石 墨 化 转 变 ， 导 致模 具 高 温 生 长 ； 同 时 在 晶 界 析 出 的 块 状 碳 化 物 会 引 起 脆性 ， 在 热 应 力 的 作 用 下 加 速 裂 纹 源 的 萌 生 与 扩 展 ； 常 温 下 晶 界 强 度 大 于 晶 粒 强 度 ， 因 此 晶 粒 越 细 小 ， 晶 界就 越 多 ， 强 度 也 相 对 越 高 ； 但 在 高 温 下 ， 随 着 温 度 的 提高 ， 材 料 晶 界 强 度 和 晶 粒 强 度 同 时 下 降 ， 而 且 晶 界 强 度 下 降 的 更 为 显 著 。 当 超 过 等 强 温 度 时 ， 晶 界 强 度 低 于 晶粒 强 度 ， 位 错 容 易 在 晶 界 滑 动 ， 产 生 裂 纹 源 ， 并 最 终 导致 材 料 的 沿 晶 开 裂 。 结 论 从 上 述 分 析 可 知 ， 模 具 在 使 用 过 程 产 生 裂 纹 的 原 因 是： 在 反 复 的 受 热 、 冷 却 过 程 中 碳 化 物 的 溶 解 和 析 出 ，造 成 较 大 的 相 变 应 力 。 相 变 应 力 与 玻 璃 液 的 摩 擦 应 力叠 加 ， 在 晶 界 萌 生 裂 纹 并 沿 晶 界 扩 展 。 组 织 中 块 状 碳化 物 和 磷 共 晶 与 基 体 组 织 热 膨 胀 系 数 相 差 较 大 ， 或 是由 于 石 墨 片 对 基 体 的 割 裂 作 用 ， 容 易 在 端 角 处 产 生 应力 集 中 ， 促 进 裂 纹 的 形 成 与 延 伸 。 改 进 措 施 由 裂 纹 失 效 分 析 可 知 ， 产 生 裂 纹 的 主 要 原 因 是 模 具组 织 中 存 在 E 型 石 墨 、 粗 大 的 碳 化 物 和 磷 共 晶 等 ，而 这 些 组 织 的 形 成 与 铁 水 熔 炼 、 孕 育 处 理 及 模 具 毛坯 的 退 火 工 艺 密 切 相 关 。 因 此 ， 可 以 从 铁 水 熔 炼 、孕 育 处 理 以 及 退 火 工 艺 等 方 面 进 行 改 进 ， 达 到 改 善模 具 组 织 ， 提 高 模 具 的 抗 热 疲 劳 性 能 。 对 D 型 石 墨 合 金 灰 铸 铁 ， 铁 水 在 1510 1520 熔炼 、 并 静 置 5min 以 上 ， 有 利 于 提 高 铁 水 的 冶 金 质量 。 采 用 0.030.05wt%的 RE 二 次 孕 育 和0.0050.01wt%含 Bi孕 育 剂 型 内 孕 育 ， 模 具 可 获 得细 小 的 D 型 石 墨 ， 组 织 的 均 匀 性 明 显 提 高 ， 基 体组 织 中 的 碳 化 物 和 磷 共 晶 数 量 显 著 降 低 。 将 D 型 石 墨 合 金 灰 铸 铁 的 高 温 石 墨 化 退 火 温 度 由 900 -910 提 高 至 930 -960 ， 增 加 720 750 石 墨 化 保 温 时 间 ， 有 利 于 得 到 全 铁 素体 基 体 、 碳 化 物 弥 散 细 小 的 组 织 ， 退 火 时 间 较 原 工艺 缩 短 12h。 采 用 RE 二 次 孕 育 、 型 内 Bi 孕 育 和 新的 退 火 工 艺 ， 模 具 组 织 的 均 匀 性 得 到 极 大 的 改 善 ， 模 具 服 役 情 况 良 好 。