模具材料与热处理课题八

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1、LOGO“十二五十二五”职业教育国家规划教材职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定经全国职业教育教材审定委员会审定大连理工大学出版社大连理工大学出版社(第四版)模具材料与热处理新世纪高职高专教材编审委员会组编主编吴元徽赵利群主审雷勇涛课题八模具失效课题八模具失效任务一任务一 分析热作模具失效形式分析热作模具失效形式任务二任务二 分析冷作模具失效形式分析冷作模具失效形式任务三任务三 分析塑料模具失效形式分析塑料模具失效形式任务任务压铸模是加工制造铝合金制品压铸模是加工制造铝合金制品的重要模具，工件材料为的重要模具，工件材料为H13(4Cr5MoSiVl)H13(4Cr5MoSiVl

2、)钢，压铸模尺寸钢，压铸模尺寸为为452mm452mm312mm312mm170mm170mm。压铸模。压铸模采用采用10401040真空加热氮气淬火，真空加热氮气淬火，5605605h5h三次回火处理，处理后三次回火处理，处理后模具硬度为模具硬度为47HRC47HRC。生产中发现，。生产中发现，模具压铸铝合金制品仅数十次，发模具压铸铝合金制品仅数十次，发现水口处出现贯穿裂纹，造成模具现水口处出现贯穿裂纹，造成模具失效报废。失效报废。图图8-1 失效模具示意图失效模具示意图任务一分析热作模具失效形式任务分析任务分析一、检验分析一、检验分析断口宏观检验发现，断口呈纤维状，较平整，可见呈明断口宏观

3、检验发现，断口呈纤维状，较平整，可见呈明显蓝黑色的受热回火层，断口角位处有一凹坑存在，凹坑附显蓝黑色的受热回火层，断口角位处有一凹坑存在，凹坑附近发现有多条显微裂纹，凹坑处是裂纹源处，断口裂纹是由近发现有多条显微裂纹，凹坑处是裂纹源处，断口裂纹是由凹坑裂纹源延伸扩展使模具贯穿断裂失效的。扫描电镜观察凹坑裂纹源延伸扩展使模具贯穿断裂失效的。扫描电镜观察表明，断口外表面处显示受正应力作用出现准解理脆性开裂表明，断口外表面处显示受正应力作用出现准解理脆性开裂特征，往里发现由韧窝和准解理组成的断口形貌，并有若干特征，往里发现由韧窝和准解理组成的断口形貌，并有若干疲劳条纹出现。扩展区断口以准解理为主，并

4、同时有解理形疲劳条纹出现。扩展区断口以准解理为主，并同时有解理形貌、二次裂纹及蜂窝状形貌特征。金相组织检验发现，失效貌、二次裂纹及蜂窝状形貌特征。金相组织检验发现，失效模具组织呈带状分布，由粗针状贝氏体模具组织呈带状分布，由粗针状贝氏体+隐晶马氏体隐晶马氏体+粒状碳粒状碳化物化物+残留奥氏体组成。测试模具表面硬度为残留奥氏体组成。测试模具表面硬度为538556HV(5254HRC)。任务一分析热作模具失效形式任务分析任务分析二、分析原因二、分析原因分析认为，工件由于存在严重带状组织，使模具性能差分析认为，工件由于存在严重带状组织，使模具性能差异大，模具横向塑性明显下降；另一方面，组织中的马氏体

5、异大，模具横向塑性明显下降；另一方面，组织中的马氏体和残留奥氏体对模具疲劳性能降低很大，这两种组织是亚稳和残留奥氏体对模具疲劳性能降低很大，这两种组织是亚稳定组织，压铸铝合金时铝液温度为定组织，压铸铝合金时铝液温度为600700，高于回火温，高于回火温度，模具发生再回火转变。检验发现，马氏体弥散析出碳化度，模具发生再回火转变。检验发现，马氏体弥散析出碳化物，同时残留奥氏体转变为马氏体，断面发现受热回火现象物，同时残留奥氏体转变为马氏体，断面发现受热回火现象和回火转变组织。该回火转变是在局部快速进行的，导致组和回火转变组织。该回火转变是在局部快速进行的，导致组织应力和热应力较高，使型腔表面产生回

6、火裂纹，成为疲劳织应力和热应力较高，使型腔表面产生回火裂纹，成为疲劳裂纹源。裂纹在交变热应力作用下迅速扩展，并最终导致模裂纹源。裂纹在交变热应力作用下迅速扩展，并最终导致模具断裂，其断口呈疲劳破坏特征。具断裂，其断口呈疲劳破坏特征。任务一分析热作模具失效形式任务分析任务分析H13铝合金压铸模早期开裂直接原因是，缺陷组织使铝合金压铸模早期开裂直接原因是，缺陷组织使工件强韧性大大下降。这是由于模具材料化学成分严重偏工件强韧性大大下降。这是由于模具材料化学成分严重偏析，使热处理后工件带状组织严重，其中隐晶马氏体析，使热处理后工件带状组织严重，其中隐晶马氏体+残残留奥氏体中碳与合金元素富集，使留奥氏体

7、中碳与合金元素富集，使Ms点下降，淬火后残点下降，淬火后残留奥氏体增多，以致产生缺陷组织。留奥氏体增多，以致产生缺陷组织。任务一分析热作模具失效形式任务分析任务分析三、改进措施三、改进措施根据以上分析，提出工艺改进措施如下：根据以上分析，提出工艺改进措施如下： (1)严格检验和控制模具材料成分，防止成分偏析或夹杂严格检验和控制模具材料成分，防止成分偏析或夹杂物超标坯件流人加工流程。物超标坯件流人加工流程。(2)提高模具回火温度，采用提高模具回火温度，采用600610回火，以消除淬火回火，以消除淬火马氏体和残留奥氏体组织，使工件性能提高，组织稳定，防马氏体和残留奥氏体组织，使工件性能提高，组织稳

8、定，防止模具压铸时出现高温回火裂纹缺陷。止模具压铸时出现高温回火裂纹缺陷。任务一分析热作模具失效形式一、模具失效的基本影响因素一、模具失效的基本影响因素 模具使用范围宽广，服役条件和受力状态各异，选用模具使用范围宽广，服役条件和受力状态各异，选用的钢种繁杂，加工工序多，因此影响模具使用寿命的因素的钢种繁杂，加工工序多，因此影响模具使用寿命的因素很多，包括模具结构设计、模具材料、加工制造、热处理很多，包括模具结构设计、模具材料、加工制造、热处理工艺、使用和维护等，任何一个环节有问题，都可能严重工艺、使用和维护等，任何一个环节有问题，都可能严重影响模具的寿命。影响模具的寿命。1模具设计因素模具设计

9、因素（1）模具结构）模具结构（2）模具材料纤维组织取向不合理）模具材料纤维组织取向不合理（3）性能要求不合理）性能要求不合理2模具材料因素模具材料因素（1）模具材料的冶金质量）模具材料的冶金质量（2）碳化物分布不匀引起失效）碳化物分布不匀引起失效（3）表面脱碳引起失效）表面脱碳引起失效任务一分析热作模具失效形式一、模具失效的基本影响因素一、模具失效的基本影响因素 3模具的机加工不良因素模具的机加工不良因素(1)切削中的刀痕切削中的刀痕(2)电加工引起失效电加工引起失效(3)磨削加工造成失效磨削加工造成失效4模具热处理工艺不合适因素模具热处理工艺不合适因素(1)热处理工艺参数选择不当热处理工艺参

10、数选择不当(2)氧化和脱碳的影响氧化和脱碳的影响(3)冷却条件的影响冷却条件的影响5使用不当因素使用不当因素模具的工作条件包括被加工坯料的状况，锻压设备的特模具的工作条件包括被加工坯料的状况，锻压设备的特性及工作条件，模具工作中的润滑、冷却及使用维护状况等。性及工作条件，模具工作中的润滑、冷却及使用维护状况等。任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因，影响失效的失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因，影响失效的因素很多，要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析。因素很多，要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析。服役条件服役条件失效零件

11、失效零件失效分析失效分析失效类型失效类型失效原因失效原因工业试验工业试验实验室试验实验室试验提高零件失效抗力提高零件失效抗力加强管理加强管理改进工艺改进工艺提高主要抗力指标提高主要抗力指标改进设计改进设计工工 艺艺使使 用用材材 料料设设 计计任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 1畸变失效畸变失效(1)弹性畸变失效弹性畸变失效原因：刚度低。原因：刚度低。因素：工件的形状、尺寸、载荷的大小因素：工件的形状、尺寸、载荷的大小(2)塑性畸变失效塑性畸变失效原因原因:外加应力超过工件材料屈服极限外加应力超过工件材料屈服极限,发生明显的塑性变形发生明显的塑性变形(永久变形永久变形

12、)。因素：工件的形状、尺寸、载荷的大小、工作温度、材质因素：工件的形状、尺寸、载荷的大小、工作温度、材质缺陷、使用不当、设计有误、热处理不良（更为突出），实际缺陷、使用不当、设计有误、热处理不良（更为突出），实际往往是多种因素的综合结果。往往是多种因素的综合结果。任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 (3)翘曲畸变失效翘曲畸变失效原因：复杂应力导致的复杂畸变失效。原因：复杂应力导致的复杂畸变失效。因素：温度、外加载荷、受力截面、材料组成等所引起因素：温度、外加载荷、受力截面、材料组成等所引起的的不均匀性不均匀性的组合，其中以温度变化，特别是高温所导致的的组合，其中以温度变

13、化，特别是高温所导致的形状翘曲最为严重。形状翘曲最为严重。 2断裂失效断裂失效 (1)断裂失效的分类断裂失效的分类断裂失效有多种形式，常见的主要有韧性断裂、脆性断断裂失效有多种形式，常见的主要有韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂及蠕变失效断裂等。裂、疲劳断裂及蠕变失效断裂等。任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 (2)断口分析的方法断口分析的方法断口分析是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分断口分析是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分析的向导，能指引断裂失效分析少走弯路。金属材料的室温析的向导，能指引断裂失效分析少走弯路。金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口可分为：拉伸或冲

14、击试样的断口可分为：F(纤维状区纤维状区)、R(放射状区放射状区)和和S(剪切唇区剪切唇区)。(3)断裂形式的特征断裂形式的特征韧性断裂的特征韧性断裂的特征韧性断裂韧性断裂 任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 脆性断裂的特征脆性断裂的特征 脆性断裂脆性断裂任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 其他断裂失效形式其他断裂失效形式 其他断裂形式主要是疲劳断裂和蠕变断裂。疲劳断裂如图其他断裂形式主要是疲劳断裂和蠕变断裂。疲劳断裂如图 疲劳断裂疲劳断裂任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 3表面损伤失效表面损伤失效(1)磨损失效磨损失效

15、粘附磨损粘附磨损两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结（固相粘附），使材料从一个表面转移到另一表面或被撕（固相粘附），使材料从一个表面转移到另一表面或被撕下作为磨料留在两个表面之间的现象称为粘附磨损，下作为磨料留在两个表面之间的现象称为粘附磨损， 粘附磨损粘附磨损 任务一分析热作模具失效形式二、模具失效分析二、模具失效分析 磨料磨损磨料磨损配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或表面配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或表面微凸体的作用而造成表面损伤微凸体的作用而造成表面损伤(被犁削形成沟槽被犁削形成沟槽)的磨损称为的磨损称为磨料

16、磨料(粒粒)磨损，磨损， 磨料磨料(粒粒)磨损磨损 任务一分析热作模具失效形式三、热作模具的失效形式三、热作模具的失效形式 热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。热作模具由于使用条件和环境有其特殊性，常常既承热作模具由于使用条件和环境有其特殊性，常常既承受机械载荷又承受热载荷，其失效形式和影响因素更为复受机械载荷又承受热载荷，其失效形式和影响因素更为复杂，会出现热疲劳、塌陷和热侵蚀等失效形式。杂，会出现热疲劳、塌陷和热侵蚀等失效形式。1热磨损热磨损2热疲劳热疲劳热疲劳的产生主要是模具在工作过程中其表面反复受热疲劳的产生主要是模具在工作过程中其表面反

17、复受到急冷、急热的作用而产生的热应力引起疲劳的结果，另到急冷、急热的作用而产生的热应力引起疲劳的结果，另外模具表面的高温氧化也是不可忽视的原因。其表现形式外模具表面的高温氧化也是不可忽视的原因。其表现形式主要是在模具型腔表面产生微细裂纹，这种裂纹有的呈单主要是在模具型腔表面产生微细裂纹，这种裂纹有的呈单条状，有的则连成细网状。条状，有的则连成细网状。任务一分析热作模具失效形式三、热作模具的失效形式三、热作模具的失效形式 3断裂失效断裂失效断裂和开裂失效在热锻模失效中占断裂和开裂失效在热锻模失效中占20%25%，在压铸，在压铸模失效中占模失效中占510。早期断裂失效发生的机会较少，但由。早期断裂

18、失效发生的机会较少，但由于断裂往往具有突发性，其危害最大。早期断裂的模具，其于断裂往往具有突发性，其危害最大。早期断裂的模具，其寿命往往很短，多则数百次至一千次，少则数十次或仅有几寿命往往很短，多则数百次至一千次，少则数十次或仅有几次。次。横壁断裂横壁断裂.swf4腐蚀腐蚀腐蚀是热作模具特有的损坏形式。腐蚀包括冲蚀、浸蚀腐蚀是热作模具特有的损坏形式。腐蚀包括冲蚀、浸蚀和熔蚀。热锻模型腔表面的损坏，主要取决于金属坯料的塑和熔蚀。热锻模型腔表面的损坏，主要取决于金属坯料的塑性变形程度和受力状态，腐蚀部位往往在模腔内的局部地区。性变形程度和受力状态，腐蚀部位往往在模腔内的局部地区。任务一分析热作模具

19、失效形式四、失效分析的方法和步骤四、失效分析的方法和步骤 失效分析的任务就是判断失效的性质、分析失效的原失效分析的任务就是判断失效的性质、分析失效的原因和提出防护措施。因和提出防护措施。模具失效的影响因素很多，因此失效的形式往往不同，失模具失效的影响因素很多，因此失效的形式往往不同，失效分析的方法和步骤也不尽相同。现以常见的失效形式效分析的方法和步骤也不尽相同。现以常见的失效形式断断裂为例作简要说明。裂为例作简要说明。任务一分析热作模具失效形式四、失效分析的方法和步骤四、失效分析的方法和步骤任务一分析热作模具失效形式1现现场调查场调查2收集收集模具背景模具背景资料资料3模具工模具工作条件和作条

20、件和断裂状况断裂状况分析分析4断口断口分析分析5综合分综合分析，找出析，找出断裂原因断裂原因6提出提出预防措施预防措施五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 5CrMnMo热作模具钢常用于中小型锻模制造，而大型和热作模具钢常用于中小型锻模制造，而大型和特大型锻模通常采用特大型锻模通常采用5CrNiMo钢、钢、5CrNiW钢或钢或5CrNiTi钢制钢制造，以获得良好的淬透性与强韧性及长的疲劳寿命。某热锻造，以获得良好的淬透性与强韧性及长的疲劳寿命。某热锻模尺寸为模尺寸为600mm x

21、600mm x350mm，已属大型锻模，但受材，已属大型锻模，但受材料限制，采用料限制，采用5CrMnMo钢生产，热处理采用钢生产，热处理采用850加热油冷加热油冷淬火处理。生产中发现，大锻模常发现锻模四角处产生弧形淬火处理。生产中发现，大锻模常发现锻模四角处产生弧形裂纹，造成锻模失效报废。裂纹，造成锻模失效报废。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 检验发现，大型锻模淬火裂纹大多出现在锻模四角部位，检验发现，大型锻模淬火裂纹大多出现在锻模四角部位，呈弧形

22、裂纹状。分析认为，这是由于呈弧形裂纹状。分析认为，这是由于5CrMnMo钢淬透性不足，钢淬透性不足，大型锻模件淬不透，在工件淬火时油冷时间过长及回火工艺不大型锻模件淬不透，在工件淬火时油冷时间过长及回火工艺不当，使锻模淬火应力过高产生淬火裂纹，造成工件失效破坏。当，使锻模淬火应力过高产生淬火裂纹，造成工件失效破坏。 根据以上分析，提出了根据以上分析，提出了5CrMnMo钢锻模改进热处理工艺。钢锻模改进热处理工艺。5CrMnMo钢锻模改进前、后的热处理工艺如图钢锻模改进前、后的热处理工艺如图8-9和图和图8-10所所示。锻模要求硬度为：工作面示。锻模要求硬度为：工作面3540HRC，燕尾部位，燕

23、尾部位3035HRC。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 图图8-9 5CrMnMo钢锻模改进前热处理工艺钢锻模改进前热处理工艺 任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 图图8-10 5CrMnMo钢锻模改进后热处理工艺钢锻模改进后热处理工艺任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析

24、实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 5CrMnMo钢锻模热处理工艺改进要点如下：钢锻模热处理工艺改进要点如下：（1）提高淬火温度）提高淬火温度从图从图8-9和图和图8-10可知，淬火温度提高了可知，淬火温度提高了50，提高工件，提高工件淬火温度作用有：一是淬火温度提高，使奥氏体更趋均匀化，淬火温度作用有：一是淬火温度提高，使奥氏体更趋均匀化，使局部高碳区形成针状马氏体的可能性减少，工件获得更多使局部高碳区形成针状马氏体的可能性减少，工件获得更多板条状马氏体，工件强韧性综合强度好，工件脆性减少；二板条状马氏体，工件强韧性综合强度好，

25、工件脆性减少；二是使工件中更多的是使工件中更多的Cr、Mo等合金元素溶人奥氏体中，固溶等合金元素溶人奥氏体中，固溶强化作用增强，工件热强性提高；三是使模具淬透性增加，强化作用增强，工件热强性提高；三是使模具淬透性增加，使锻模抗疲劳性能得到提高。使锻模抗疲劳性能得到提高。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 (2)5CrMnMo钢油冷淬火中，如出油时间晚易产生淬火钢油冷淬火中，如出油时间晚易产生淬火裂纹，为此必须控制油冷淬火冷却时间。采用经验公式裂纹，为此必

26、须控制油冷淬火冷却时间。采用经验公式t=1.2vs计算油冷时间效果较好。其中，计算油冷时间效果较好。其中，=1.2minmm，V为锻模体积为锻模体积(mm3)，S为锻模表面积为锻模表面积(mm2)。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 (3)模具淬火从油中取出时，表面温度约模具淬火从油中取出时，表面温度约200左右，而左右，而心部为心部为400上下，如立即在上下，如立即在180回火，心部仍继续马氏回火，心部仍继续马氏体转变，但表面马氏体转变已完成，表面硬化

27、，心部马氏体体转变，但表面马氏体转变已完成，表面硬化，心部马氏体转变使体积胀大产生拉应力，使工件产生裂纹。此时，如放转变使体积胀大产生拉应力，使工件产生裂纹。此时，如放人人490回火炉中回火，工件心部形成低强度韧性的上贝氏回火炉中回火，工件心部形成低强度韧性的上贝氏体组织，模具性能变差。因此，上面两种处理均不宜采取。体组织，模具性能变差。因此，上面两种处理均不宜采取。改进工艺，采用将锻模冷至改进工艺，采用将锻模冷至Ms点点(220)后，进行等温处理后，进行等温处理(2808h)，工件心部获得下贝氏体组织，整个模具的组织，工件心部获得下贝氏体组织，整个模具的组织为板条马氏体为板条马氏体+下贝氏体

28、复合组织，工件强韧性和抗热疲劳下贝氏体复合组织，工件强韧性和抗热疲劳性能高，模具使用寿命大大延长。性能高，模具使用寿命大大延长。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例1 大型大型5CrMnMo钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进钢热锻模淬火裂纹分析及工艺改进 大型大型5CrMnMo钢锻模采用改进工艺后，消除了淬火钢锻模采用改进工艺后，消除了淬火裂纹事故，模具性能优良，使用寿命明显提高。生产应用裂纹事故，模具性能优良，使用寿命明显提高。生产应用表明，锻模工作寿命由以前表明，锻模工作寿命由以前2000件提高至件提高至6000件左右，工件左右，工件服役寿

29、命是原工艺的件服役寿命是原工艺的3倍，技术经济效益显著。倍，技术经济效益显著。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例2 电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施 铝合金电熨斗压铸模材料为铝合金电熨斗压铸模材料为ASSAB 8407热作模具钢热作模具钢(相当相当于于4Cr5MoSiVl钢钢)，模具尺寸为，模具尺寸为377mm355mm61mm。模。模具加工流程为：制坯具加工流程为：制坯真空淬火真空淬火(10202h，空冷，空冷)三次回三次回火火(540605) 4h 精加工精加工成品。正常情况下，压铸模成品。正常情况

30、下，压铸模可压铸加工电熨斗十几万件。生产中发现，某电熨斗压铸模可压铸加工电熨斗十几万件。生产中发现，某电熨斗压铸模加工加工5000件工件后，其母模型腔出现龟裂造成模具早期失效件工件后，其母模型腔出现龟裂造成模具早期失效报废。报废。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例2 电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施 对龟裂压铸模进行检验发现，型腔表面裂纹形貌呈龟裂对龟裂压铸模进行检验发现，型腔表面裂纹形貌呈龟裂状分布，裂纹走向平行于压铸料流方向。金相检验发现，表状分布，裂纹走向平行于压铸料流方向。金相检验发现，表面裂纹

31、深度约面裂纹深度约lmm，尖端细小无钝化，有些裂纹已钝化，但，尖端细小无钝化，有些裂纹已钝化，但深度较浅，仅有十几微米。模具显微组织金相检验表明，其深度较浅，仅有十几微米。模具显微组织金相检验表明，其显微组织为回火托氏体显微组织为回火托氏体+回火索氏体。失效模具内发现有肉眼回火索氏体。失效模具内发现有肉眼可见的冶金缺陷。该处硬度约为可见的冶金缺陷。该处硬度约为178HV0.2，明显低于基体硬，明显低于基体硬度度(677HV0.2)。经扫描电镜分析发现，该冶金缺陷部位存在。经扫描电镜分析发现，该冶金缺陷部位存在裂纹。经能谱分析鉴定，冶金缺陷区域物质为铬硅酸盐类玻裂纹。经能谱分析鉴定，冶金缺陷区域

32、物质为铬硅酸盐类玻璃状夹渣，其级别超过璃状夹渣，其级别超过2.5级，为冶金有害夹杂物。级，为冶金有害夹杂物。 任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例2 电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施 失效模具表面平均硬度为失效模具表面平均硬度为42.9HRC，其标准试样冲击，其标准试样冲击功为功为20J。如不开缺口，在型腔裂纹处进行冲击试验，其。如不开缺口，在型腔裂纹处进行冲击试验，其常温冲击功低于常温冲击功低于3J，可见失效模具冲击韧度十分低劣。失，可见失效模具冲击韧度十分低劣。失效模具扫描电镜断口分析表明，冲击断口呈

33、准解理脆性断效模具扫描电镜断口分析表明，冲击断口呈准解理脆性断裂特征，型腔表面区域断口处出现疲劳贝纹线。裂特征，型腔表面区域断口处出现疲劳贝纹线。 任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例2 电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施 从龟裂模具裂纹形貌及断口检验分析可知，模具失效属热疲劳从龟裂模具裂纹形貌及断口检验分析可知，模具失效属热疲劳失效。模具压铸铝合金电熨斗时，表面温度迅速从室温升至失效。模具压铸铝合金电熨斗时，表面温度迅速从室温升至600左左右，随后脱模冷却，模具在高温时承受压应力，而在冷却时受拉应右，随后

34、脱模冷却，模具在高温时承受压应力，而在冷却时受拉应力，每一次压铸呈压应力和拉应力循环；同时，模具还受到铝合金力，每一次压铸呈压应力和拉应力循环；同时，模具还受到铝合金液的冲刷、磨损、高温氧化腐蚀等作用，模具是在综合交变应力作液的冲刷、磨损、高温氧化腐蚀等作用，模具是在综合交变应力作用下产生热疲劳断裂失效的。另一方面，铬硅酸盐类玻璃状夹渣无用下产生热疲劳断裂失效的。另一方面，铬硅酸盐类玻璃状夹渣无固定形态，受应力时易出现脆性破碎。模具中存在上述脆性夹杂物，固定形态，受应力时易出现脆性破碎。模具中存在上述脆性夹杂物，在交变应力作用下首先形成局部应力集中，当应力高于铬硅酸盐夹在交变应力作用下首先形成

35、局部应力集中，当应力高于铬硅酸盐夹杂弹性应变能时，铬硅酸盐夹杂处产生脆性开裂，形成疲劳裂纹。杂弹性应变能时，铬硅酸盐夹杂处产生脆性开裂，形成疲劳裂纹。另外，由于型腔表面存在夹杂另外，由于型腔表面存在夹杂(渣渣)，在铝合金液冲刷下易出现脱落，在铝合金液冲刷下易出现脱落形成小坑缺陷，形成微观缺口，也是热疲劳裂纹源之一。上述裂纹形成小坑缺陷，形成微观缺口，也是热疲劳裂纹源之一。上述裂纹源在综合交变应力作用下很快扩展，并导致模具早期断裂失效破坏。源在综合交变应力作用下很快扩展，并导致模具早期断裂失效破坏。任务一分析热作模具失效形式五、其他热作模具失效分析实例五、其他热作模具失效分析实例实例实例2 电熨

36、斗压铸模早期失效分析及防止措施电熨斗压铸模早期失效分析及防止措施 综上分析，提出防止压铸模龟裂早期失效的措施如下：综上分析，提出防止压铸模龟裂早期失效的措施如下：(1)严格冶金、铸造加工和检验质量控制，防止模具坯件严格冶金、铸造加工和检验质量控制，防止模具坯件中存在超标夹杂中存在超标夹杂(渣渣)物和其他冶金缺陷，以保证坯件性能和物和其他冶金缺陷，以保证坯件性能和组织良好。组织良好。(2)为提高压铸模强度和工作寿命，模具可进行渗氮、渗为提高压铸模强度和工作寿命，模具可进行渗氮、渗碳或渗硼等表面强化处理，可使压铸模耐热磨损性能和抗热碳或渗硼等表面强化处理，可使压铸模耐热磨损性能和抗热疲劳强度明显提

37、高，从而大大提高压铸模的服役寿命。疲劳强度明显提高，从而大大提高压铸模的服役寿命。任务一分析热作模具失效形式任务引入任务引入某冷作模具尺寸为某冷作模具尺寸为120mm210mm250mm，工件材料，工件材料为为CrWMn钢。技术要求热处理后硬度为钢。技术要求热处理后硬度为5558HRC。生产。生产中发现，模具热处理后线切割加工时发生炸裂破坏失效。试中发现，模具热处理后线切割加工时发生炸裂破坏失效。试分析其原因并提出解决方案。分析其原因并提出解决方案。任务二分析冷作模具失效形式任务分析任务分析检验分析检验分析断裂模具宏观检验发现，断口与轴线大体垂直，断面较断裂模具宏观检验发现，断口与轴线大体垂直

38、，断面较平整、光滑，微弧形状，呈脆断特征，如图平整、光滑，微弧形状，呈脆断特征，如图8-11所示；断口所示；断口上边缘处为裂纹源区，其旁有放射状花样，中部是裂纹扩展上边缘处为裂纹源区，其旁有放射状花样，中部是裂纹扩展区，最后断裂区呈快速撕裂形貌特征。区，最后断裂区呈快速撕裂形貌特征。CrWMn钢模具各部钢模具各部位硬度检测结果见表位硬度检测结果见表8-1。从表。从表8-1可知，模具硬度明显偏低，可知，模具硬度明显偏低，设计要求模具硬度为设计要求模具硬度为5558HRC，实际工件硬度仅为，实际工件硬度仅为3342HRC，且硬度分布很不均匀，因而模具强度性能大为，且硬度分布很不均匀，因而模具强度性

39、能大为下降。下降。任务二分析冷作模具失效形式任务分析任务分析试试 样样硬度硬度HRC1号号42.041.033.538.52号号38.737.335.334.53号号33.036.537.037.54号号34.238.742.037.55号号39.041.041.040.56号号40.041.041.039.0表表8-1 CrWMn钢模具不同部位的硬度测定结果钢模具不同部位的硬度测定结果 任务二分析冷作模具失效形式任务分析任务分析图图8-11 CrWMn钢爆裂模具断口宏观形貌钢爆裂模具断口宏观形貌 图图8-12 CrWMn钢模具不同部位的钢模具不同部位的金相组织形貌金相组织形貌 任务二分析冷作

40、模具失效形式任务分析任务分析炸裂模具试样金相观察发现，如图炸裂模具试样金相观察发现，如图8-12所示，不同部位所示，不同部位金相组织差别大，并且分布呈明显不均匀状态，表层组织为金相组织差别大，并且分布呈明显不均匀状态，表层组织为回火索氏体回火索氏体+回火托氏体；其余部位组织为回火托氏体组织回火托氏体；其余部位组织为回火托氏体组织+碳化物与片间距不同的珠光体类组织，呈珠光体和碳化物分碳化物与片间距不同的珠光体类组织，呈珠光体和碳化物分别明显聚集区域形貌，碳化物亦有沿晶分布特征。金相组织别明显聚集区域形貌，碳化物亦有沿晶分布特征。金相组织表明，模具未完全淬透，且成分严重不均匀。表明，模具未完全淬透

41、，且成分严重不均匀。由断口形貌扫描电镜观察可知，断口均以解理、准解理由断口形貌扫描电镜观察可知，断口均以解理、准解理和沿晶裂纹等脆性断裂特征为主，只有部分晶界发现少量韧和沿晶裂纹等脆性断裂特征为主，只有部分晶界发现少量韧窝形貌，因而该断口属典型脆性断裂。窝形貌，因而该断口属典型脆性断裂。 任务二分析冷作模具失效形式任务分析任务分析模具检验结果和模具热处理工艺及线切割加工密切相关。该模具尺模具检验结果和模具热处理工艺及线切割加工密切相关。该模具尺寸较大，淬火冷却时工件各部位冷却速度差异很大。表层冷却快，从而寸较大，淬火冷却时工件各部位冷却速度差异很大。表层冷却快，从而得到全马氏体组织；而内部冷却

42、慢，发生珠光体型转变；而工件冷却连得到全马氏体组织；而内部冷却慢，发生珠光体型转变；而工件冷却连续降温，不同部位珠光体转变温度不同，形成组织不同，因而组织中片续降温，不同部位珠光体转变温度不同，形成组织不同，因而组织中片间距不同，并有碳化物析出。分析认为，模具金相组织不均匀并且局部间距不同，并有碳化物析出。分析认为，模具金相组织不均匀并且局部碳化物偏聚现象，是由于原始组织严重不均匀造成的；同时，成分不均碳化物偏聚现象，是由于原始组织严重不均匀造成的；同时，成分不均匀也是模具硬度不均匀的重要原因。炸裂模具整体未淬透，且淬透层薄。匀也是模具硬度不均匀的重要原因。炸裂模具整体未淬透，且淬透层薄。工件

43、淬火后其最大拉应力位于模具内部，而且模具热处理后组织不均匀工件淬火后其最大拉应力位于模具内部，而且模具热处理后组织不均匀使工件残留应力增大。模具中存在的非金属夹杂缺陷引起应力集中，当使工件残留应力增大。模具中存在的非金属夹杂缺陷引起应力集中，当其应力超过材料强度限时，模具薄弱处出现裂纹萌生源。裂纹一旦产生，其应力超过材料强度限时，模具薄弱处出现裂纹萌生源。裂纹一旦产生，在应力下迅速扩展，由于失效模具强度、韧性差等诸多缺陷，裂纹扩展在应力下迅速扩展，由于失效模具强度、韧性差等诸多缺陷，裂纹扩展呈脆性方式进行。工件由碳化物沿晶分布，其强度低，促使裂纹沿晶扩呈脆性方式进行。工件由碳化物沿晶分布，其强

44、度低，促使裂纹沿晶扩展。另外，模具回火不足，淬火残留应力未能消除完全，因而在模具线展。另外，模具回火不足，淬火残留应力未能消除完全，因而在模具线切割加工时，在外力作用下裂纹再次急速发展，引起工件炸裂破坏。切割加工时，在外力作用下裂纹再次急速发展，引起工件炸裂破坏。任务二分析冷作模具失效形式任务分析任务分析为防止为防止CrWMn钢模具炸裂失效破坏，提出工艺改进措施如钢模具炸裂失效破坏，提出工艺改进措施如下：下： (1)严格检验和控制模具坯件化学成分与原始组织技术要求，严格检验和控制模具坯件化学成分与原始组织技术要求，防止非金属夹杂物、偏析等缺陷超标坯料流人模具加工工序。防止非金属夹杂物、偏析等缺

45、陷超标坯料流人模具加工工序。(2)严格模具热处理工艺控制和操作，改进工件淬火工艺，使严格模具热处理工艺控制和操作，改进工件淬火工艺，使模具完全淬透，减少工件淬火残留应力，并使模具淬火组织及性模具完全淬透，减少工件淬火残留应力，并使模具淬火组织及性能符合技术要求。能符合技术要求。(3)模具应充分回火，消除淬火残留应力，防止工件因回火不模具应充分回火，消除淬火残留应力，防止工件因回火不足出现残留应力过大而造成模具裂纹开裂失效。足出现残留应力过大而造成模具裂纹开裂失效。(4)原模具回火温度偏高，工件硬度偏低很多且不均匀，这是原模具回火温度偏高，工件硬度偏低很多且不均匀，这是工件强度低，造成裂纹断裂的

46、重要原因之一。因而应调整回火温工件强度低，造成裂纹断裂的重要原因之一。因而应调整回火温度，使模具回火后硬度符合技术要求，防止工件回火后强度严重度，使模具回火后硬度符合技术要求，防止工件回火后强度严重不足缺陷。不足缺陷。任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷挤压模、冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷挤压模、冷镦模等。各种冷作模具的工作都是在常温下对被加工材料冷镦模等。各种冷作模具的工作都是在常温下对被加工材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸施加压力，使其产生分离或变形，从而获得

47、一定形状、尺寸和性能的零件。不同种类的冷作模具在不同技术要求下，具和性能的零件。不同种类的冷作模具在不同技术要求下，具有不同的工作条件，因此失效形式也有不同特点。有不同的工作条件，因此失效形式也有不同特点。任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 1 1、冷冲裁模的服役条件和失效形式、冷冲裁模的服役条件和失效形式（1）冷冲裁模的服役条件）冷冲裁模的服役条件冷冲裁模主要用于各种板料冷冲裁模主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们的冲切。从冲裁工艺分析中我们可以得知，板料的冲裁过程可以可以得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段、分为

48、三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和剪裂阶段。模具塑性变形阶段和剪裂阶段。模具对板料进行冲裁时的情形如图对板料进行冲裁时的情形如图8-13所示。所示。图图8-13冲裁时作用于材冲裁时作用于材料上的力料上的力1凸模；凸模；2板料；板料；3凹模凹模任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 1 1、冷冲裁模的服役条件和失效形式、冷冲裁模的服役条件和失效形式（2）冷冲裁模的失效形式）冷冲裁模的失效形式薄板冲裁模受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程薄板冲裁模受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损中，模具因

49、摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。对过程可分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。对应于这三个阶段中刃口的损伤过程如图应于这三个阶段中刃口的损伤过程如图8-14所示。所示。图图8-14冲裁时刃口的损伤过程冲裁时刃口的损伤过程任务二分析冷作模具失效形式一、冷冲裁模的工作条件与失效形式一、冷冲裁模的工作条件与失效形式 1 1、冷冲裁模的服役条件和失效形式、冷冲裁模的服役条件和失效形式 厚板冲裁模的凸模、凹厚板冲裁模的凸模、凹模受到的作用力增大，在过模受到的作用力增大，在过大应力的作用下，不仅会产大应力的作用下，不仅会产生磨损，而且可能造成刃口

50、生磨损，而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当变形、疲劳崩刃等现象。当冲裁凸模较细长时，还会引冲裁凸模较细长时，还会引起弯曲或折断，如图起弯曲或折断，如图8-158-15所所示。示。 图图8-15 凸模断裂和塑性变形凸模断裂和塑性变形任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 2 2、冷拉深模具的服役条件和失效形式、冷拉深模具的服役条件和失效形式（1 1）冷拉深模的工作条件）冷拉深模的工作条件冷拉深模主要用于金属板料的拉冷拉深模主要用于金属板料的拉深成型，拉深过程中模具的受力状态深成型，拉深过程中模具的受力状态如图如图8-168-16所示。拉深

51、时凸模下压板料，所示。拉深时凸模下压板料，拉深力通过凸模底部和凸模圆角部位拉深力通过凸模底部和凸模圆角部位传导给板料，板料的外缘部分通过凹传导给板料，板料的外缘部分通过凹模端面与压边圈之间被拉入凸模与凹模端面与压边圈之间被拉入凸模与凹模之间的间隙。模之间的间隙。 图图8-16拉深时模具的受力拉深时模具的受力任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 2 2、冷拉深模具的服役条件和失效形式、冷拉深模具的服役条件和失效形式 在拉深开始阶段，凸模圆角半径处的板料被弯曲拉深并在拉深开始阶段，凸模圆角半径处的板料被弯曲拉深并做相对运动，摩擦力做相对运动，摩

52、擦力F1使凸模圆角半径受到磨损。随着拉深使凸模圆角半径受到磨损。随着拉深的进一步进行，已变形板料紧贴凸模圆角半径部位并开始产的进一步进行，已变形板料紧贴凸模圆角半径部位并开始产生应变硬化，相对运动大大减弱，摩擦力变小。但是在整个生应变硬化，相对运动大大减弱，摩擦力变小。但是在整个拉深过程中，凹模圆角半径处、凹模端面以及压边圈相应部拉深过程中，凹模圆角半径处、凹模端面以及压边圈相应部位始终与板料做相对运动，产生剧烈摩擦，压应力和摩擦力位始终与板料做相对运动，产生剧烈摩擦，压应力和摩擦力都很大，因此凹模与压边圈的磨损现象始终存在。都很大，因此凹模与压边圈的磨损现象始终存在。 任务二分析冷作模具失效

53、形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 2 2、冷拉深模具的服役条件和失效形式、冷拉深模具的服役条件和失效形式（2 2）冷拉深模的主要失效形式）冷拉深模的主要失效形式由于冷拉深模的工作部件没有刃口，受力面积大，工由于冷拉深模的工作部件没有刃口，受力面积大，工作时无严重的冲击力，因此冷拉深模不易出现塑性变形和作时无严重的冲击力，因此冷拉深模不易出现塑性变形和断裂失效。但是工作时存在着很大的摩擦，冷拉深模的主断裂失效。但是工作时存在着很大的摩擦，冷拉深模的主要失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主，要失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主，是拉深过程中

54、常出现的问题和模具失效的重要原因是拉深过程中常出现的问题和模具失效的重要原因 任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 3 3、冷挤压模具的服役条件和失效形式、冷挤压模具的服役条件和失效形式（1 1）冷挤压模的工作条件）冷挤压模的工作条件冷挤压模工作时，将大截面的坯料挤压为小截面的工件，冷挤压模工作时，将大截面的坯料挤压为小截面的工件，坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性流动，由坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性流动，由于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力高达

55、高达1960 MPa1960 MPa以上，使模具承受强大的挤压反作用力和摩擦以上，使模具承受强大的挤压反作用力和摩擦力。摩擦功和变形功转化成热能，使模具表面温度达到力。摩擦功和变形功转化成热能，使模具表面温度达到300300左右左右( (局部可达局部可达300300以上以上) )。此外，每一次挤压过程都是在瞬。此外，每一次挤压过程都是在瞬间完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又间完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又下降，就是说模具还承受着冷热交变和多次冲击负载的作用。下降，就是说模具还承受着冷热交变和多次冲击负载的作用。如此严酷的工作条件，使得冷挤压模的使用寿命比其他

56、模具如此严酷的工作条件，使得冷挤压模的使用寿命比其他模具要低。要低。任务二分析冷作模具失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式 3 3、冷挤压模具的服役条件和失效形式、冷挤压模具的服役条件和失效形式（2 2）冷挤压模的主要失效形式）冷挤压模的主要失效形式冷挤压模的凸模、凹模由于受力状况有所不同，所冷挤压模的凸模、凹模由于受力状况有所不同，所以失效形式有所差异，一般凸模易于折断，凹模易于胀以失效形式有所差异，一般凸模易于折断，凹模易于胀裂。冷挤压凸模的失效形式主要有折断、磨损、镦粗、裂。冷挤压凸模的失效形式主要有折断、磨损、镦粗、疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的失

57、效形式主要有胀疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的失效形式主要有胀裂和磨损。裂和磨损。任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 1影响冲压模具寿命的因素影响冲压模具寿命的因素 (1)(1)模具材料的影响模具材料的影响模具材料性能的影响：模具材料性能的影响：模具钢冶金质量的影响：模具钢冶金质量的影响：(2)(2)模具结构的影响模具结构的影响模具几何形状的影响：模具几何形状的影响： 模具间隙的影响：模具间隙的影响： 结构形式的影响：结构形式的影响： 如图如图8-17(a)所示的整体式所示的整体式凸模，在挤压时极易在心轴根部产生凸

58、模，在挤压时极易在心轴根部产生应力集中而折断。若改为如图应力集中而折断。若改为如图8-17(b)所示的组合式，消除了应力集所示的组合式，消除了应力集中，可以防止模具的早期断裂失效。中，可以防止模具的早期断裂失效。图图8-17反挤压凸模反挤压凸模任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 1影响冲压模具寿命的因素影响冲压模具寿命的因素 (3)(3)模具制造工艺的影响模具制造工艺的影响锻造工艺的影响：锻造工艺的影响：加工工艺的影响：加工工艺的影响：热处理工艺的影响：热处理工艺的影响：任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿

59、命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 1影响冲压模具寿命的因素影响冲压模具寿命的因素 (4)(4)模具工作条件和使用维护的影响模具工作条件和使用维护的影响被加工材料的影响：被加工材料的影响： 冲压设备特性的影响：冲压设备特性的影响：润滑条件的影响：润滑条件的影响：任务二分析冷作模具失效形式2提高冲压模具寿命的措施提高冲压模具寿命的措施 (1)(1)合理设计模具合理设计模具(2)(2)正确选择模具材料正确选择模具材料(3)(3)合理安排模具制造加工过程合理安排模具制造加工过程(4)(4)采用模具强韧化处理和表面强化处理采用模具强韧化处理和表面强化处理(5)(5)

60、合理使用合理使用和维护模具和维护模具二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 2提高冲压模具寿命的措施提高冲压模具寿命的措施 例例1. 5CrW2Si钢制冷剪刀片钢制冷剪刀片 760退火退火+950淬火淬火+250回火：冷剪刀片在使用回火：冷剪刀片在使用中常因压塌、崩刃或剥落而早期失效，寿命较短，仅为剪切中常因压塌、崩刃或剥落而早期失效，寿命较短，仅为剪切废钢废钢2570 t/副副 。860920正火正火+850900淬火淬火+680740回火回火+950淬火淬火+低温回火：其硬度比常规退火提高低温回火：其硬度比常规退火提高35HRC，断，断裂韧

61、度裂韧度aK提高近提高近20%。正火加高温调质预处理的刀片平均可。正火加高温调质预处理的刀片平均可剪切废钢剪切废钢15467 t/副。副。任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 2提高冲压模具寿命的措施提高冲压模具寿命的措施 例例2.自行车中接头冷挤成型，冷挤冲头自行车中接头冷挤成型，冷挤冲头外形尺寸如图所示。冲头材料为外形尺寸如图所示。冲头材料为Cr12钢。钢。加工工艺流程如下：锻造加工工艺流程如下：锻造球化退火球化退火机械加工机械加工 980淬火淬火 280回火回火打打光。硬度为光。硬度为6062HRC。寿命为寿命

62、为70008000件，因脆断、崩刃、掉块而失效。件，因脆断、崩刃、掉块而失效。 后来采用调质处理取代球化退火，加后来采用调质处理取代球化退火，加工工艺流程如下：锻造工工艺流程如下：锻造调质调质机械加工机械加工 980淬火淬火 280回火回火打光。硬度为打光。硬度为6062HRC，使冲头寿命提高到，使冲头寿命提高到10万件以上。万件以上。任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 2提高冲压模具寿命的措施提高冲压模具寿命的措施 例例3. （思考题（思考题10-2） 某厂采用某厂采用T10钢制造自行车链条冲钢制造自行车链条冲模

63、的模的5.260mm冲头，原材料质量、工艺均合格，冲头，原材料质量、工艺均合格，800盐盐水淬火，水淬火，180 回火，硬度为回火，硬度为5962HRC，模具正常工作时，模具正常工作时经常发生折断现象，使用寿命不足经常发生折断现象，使用寿命不足1000件。试分析失效的可件。试分析失效的可能原因，并提出解决办法。能原因，并提出解决办法。任务二分析冷作模具失效形式二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施二、影响冲压模具寿命的因素和及提高寿命的措施 2提高冲压模具寿命的措施提高冲压模具寿命的措施 （1）高温快速加热淬火：）高温快速加热淬火：880 3min，使碳化物尽可能，使碳化物尽可能地溶入奥

64、氏体，油冷，冷却后得到淬火马氏体和残留奥氏体；地溶入奥氏体，油冷，冷却后得到淬火马氏体和残留奥氏体；（2）提高回火温度回火：）提高回火温度回火：360 1h，淬火马氏体分解，淬火马氏体分解，弥散碳化物析出，得到粒状珠光体和均匀细小碳化物，为淬火弥散碳化物析出，得到粒状珠光体和均匀细小碳化物，为淬火作准备；作准备；（3）重新加热淬火：）重新加热淬火：770 3.5min，盐水冷却，得到细，盐水冷却，得到细小淬火马氏体和碳化物；小淬火马氏体和碳化物；（4）提高温度回火：）提高温度回火：260 2.5h，硬度为，硬度为5658HRC。消除应力。稳定组织。消除应力。稳定组织。模具使用寿命达到模具使用寿

65、命达到14000件。件。任务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCrl2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 冷冲硅钢片凹模冷冲硅钢片凹模( (图图8-18)8-18)形状复杂，形状复杂，精度要求高。凹模材料为精度要求高。凹模材料为Crl2MoVCrl2MoV钢。为保钢。为保证冲裁刃口锋利，要求模具具有高硬度、证冲裁刃口锋利，要求模具具有高硬度、高耐磨性，同时具有良好的强韧性能和高高耐磨性，同时具有良好的强韧性能和高疲劳抗力，并且工作寿命长久。疲劳抗力，并且工作寿命长久。Crl2MoVCrl2MoV钢钢

66、凹模热处理为凹模热处理为10301030淬火淬火+180+180回火常规回火常规处理。生产中发现，凹模热处理后耐磨性处理。生产中发现，凹模热处理后耐磨性差，生产中需多次修磨，出现大量凹模早差，生产中需多次修磨，出现大量凹模早期断裂失效。期断裂失效。 图图 8-18冷冲硅钢片凹模冷冲硅钢片凹模 任务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCrl2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 检验断裂凹模宏观断口分析时发现，除检验断裂凹模宏观断口分析时发现，除1件凹模是因操作件凹模是因操作不当出现拉伸断裂脆性断口和另一

67、件系多次磨削修刃后属正常不当出现拉伸断裂脆性断口和另一件系多次磨削修刃后属正常磨损失效外，其余绝大多数模具断裂属早期断裂失效。从宏观磨损失效外，其余绝大多数模具断裂属早期断裂失效。从宏观断口可见贝壳状花样，贝壳花样外围为结晶状断口，从断口形断口可见贝壳状花样，贝壳花样外围为结晶状断口，从断口形貌特征判断，凹模早期断裂失效为疲劳断裂。检验发现，疲劳貌特征判断，凹模早期断裂失效为疲劳断裂。检验发现，疲劳源大多在磨削裂纹处，磨削裂纹深度约源大多在磨削裂纹处，磨削裂纹深度约0.3mm左右；其特点是左右；其特点是磨削裂纹尖端十分尖锐，是高度应力集中区域。由于磨削裂纹磨削裂纹尖端十分尖锐，是高度应力集中区

68、域。由于磨削裂纹应力集中，裂纹很易在外力下或修磨刃口加工应力下扩展并导应力集中，裂纹很易在外力下或修磨刃口加工应力下扩展并导致凹模断裂，故凹模工作寿命不高，平均寿命只有致凹模断裂，故凹模工作寿命不高，平均寿命只有9.2万次。凹万次。凹模早期失效是其工作寿命低的主要原因。模早期失效是其工作寿命低的主要原因。任务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCrl2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 断裂凹模检验分析从工件组织、热断裂凹模检验分析从工件组织、热处理工艺及工件性能方面进行了检测、处理工艺及工件性能方面

69、进行了检测、验证和分析。凹模加工流程为：下料验证和分析。凹模加工流程为：下料改锻改锻球化退火球化退火机加工机加工热处理热处理钼钼丝线切割丝线切割磨削磨削成品。热处理工艺采成品。热处理工艺采用用10301030油淬油淬+180+180回火回火2h2h，回火后硬，回火后硬度为度为57.4HRC57.4HRC。凹模金相组织为：回火。凹模金相组织为：回火马氏体马氏体+ +残留奥氏体残留奥氏体+ +碳化物，如图碳化物，如图8-198-19所示。组织中残留奥氏体量较多，碳化所示。组织中残留奥氏体量较多，碳化物不均匀，大块碳化物不圆整，呈棱角物不均匀，大块碳化物不圆整，呈棱角状形貌。状形貌。图图8-19 C

70、rl2MoV钢凹模钢凹模的金相组织的金相组织 500任务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCrl2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 分析认为，凹模低温回火后仍有残留应力，磨削中引起磨分析认为，凹模低温回火后仍有残留应力，磨削中引起磨削应力，凹模修磨刃口中反复磨削使残留应力增大，当总拉应力削应力，凹模修磨刃口中反复磨削使残留应力增大，当总拉应力高于工件断裂抗力时，将产生磨削裂纹。另一方面，磨削热不仅高于工件断裂抗力时，将产生磨削裂纹。另一方面，磨削热不仅使回火马氏体发生分解，同时使残留奥氏体转变生成

71、马氏体，因使回火马氏体发生分解，同时使残留奥氏体转变生成马氏体，因而产生相变应力而产生相变应力( (附加应力附加应力) )，磨削中产生的附加应力是凹模产生，磨削中产生的附加应力是凹模产生磨削裂纹的主要原因。磨削裂纹产生后，在交变应力作用下，裂磨削裂纹的主要原因。磨削裂纹产生后，在交变应力作用下，裂纹扩展形成贝壳状花样疲劳裂纹扩展区，当裂纹扩展到临界尺寸纹扩展形成贝壳状花样疲劳裂纹扩展区，当裂纹扩展到临界尺寸后，便发生瞬间断裂，形成结晶状的最后断裂区。后，便发生瞬间断裂，形成结晶状的最后断裂区。任务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCr

72、l2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 为提高硅钢片凹模寿命，防止凹模出现磨削裂纹早期断裂失为提高硅钢片凹模寿命，防止凹模出现磨削裂纹早期断裂失效，提出效，提出Cr12MoV钢凹模工艺改进措施如下：钢凹模工艺改进措施如下：(1)提高淬火加热温度，从提高淬火加热温度，从1030提高至提高至1100，使奥氏体溶，使奥氏体溶入更多的碳和合金元素，减少淬火后块状碳化物，提高模具硬度、入更多的碳和合金元素，减少淬火后块状碳化物，提高模具硬度、强度及耐磨性能。强度及耐磨性能。(2)增加深冷处理，以减少残留奥氏体含量，可显著提高凹模增加深冷处理，以减少残留奥氏体含量，可显

73、著提高凹模的强度和硬度。这是防止凹模寿命不高的主要方法。采用凹模在油的强度和硬度。这是防止凹模寿命不高的主要方法。采用凹模在油中淬火，于中淬火，于25 min内将模具放入液氮中深冷处理。内将模具放入液氮中深冷处理。(3）提高回火温度，从）提高回火温度，从180回火提高到回火提高到520高温回火。目的高温回火。目的使碳化物从马氏体中弥散析出产生二次硬化，使模具组织中碳化物使碳化物从马氏体中弥散析出产生二次硬化，使模具组织中碳化物呈颗粒状均匀分布，从而使凹模的强韧性、硬度和耐磨性明显提高，呈颗粒状均匀分布，从而使凹模的强韧性、硬度和耐磨性明显提高，从而提高模具的工作寿命。从而提高模具的工作寿命。任

74、务二分析冷作模具失效形式三、其他冷作模具失效分析实例三、其他冷作模具失效分析实例 Crl2MoVCrl2MoV钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进钢凹模早期断裂失效分析及工艺改进 采用上述改进工艺后，采用上述改进工艺后，Crl2MoVCrl2MoV钢硅钢片凹模平均硬度钢硅钢片凹模平均硬度从原来的从原来的57.44HRC57.44HRC提高到提高到67.4HRC67.4HRC，凹模工作寿命从平均，凹模工作寿命从平均9.29.2万次提高到万次提高到84.384.3万次，为原来凹模平均使用寿命的万次，为原来凹模平均使用寿命的9.169.16倍，倍，避免了磨削裂纹缺陷和模具早期断裂失效破坏；同时，新工避免

75、了磨削裂纹缺陷和模具早期断裂失效破坏；同时，新工艺降低了生产成本，技术经济效益显著。艺降低了生产成本，技术经济效益显著。任务二分析冷作模具失效形式任务引入任务引入 某厂用某厂用4Cr134Cr13钢制造的音箱塑料模具（尺寸为钢制造的音箱塑料模具（尺寸为221mm221mm328mm328mm180mm180mm，要求硬度，要求硬度52HRC52HRC），经机加工），经机加工热热处理处理表面抛光后，试模时开裂。对其开裂原因进行分析表面抛光后，试模时开裂。对其开裂原因进行分析和研究。和研究。任务三分析塑料模具失效形式任务分析任务分析一、检验分析一、检验分析 经检验，该模具钢的化学成分符合经检验，该

76、模具钢的化学成分符合4Cr13的技术要求。经的技术要求。经测定，模具硬度为测定，模具硬度为5253HRC。宏观观察开裂部位位于型腔。宏观观察开裂部位位于型腔两垂直面过渡两垂直面过渡 R位处，断口面瓷状特征位处，断口面瓷状特征:呈灰白色，人字形花呈灰白色，人字形花样（放射条纹）清晰。显微组织观察分析，晶粒等级样（放射条纹）清晰。显微组织观察分析，晶粒等级8级，合级，合格格;金相组织为马氏体金相组织为马氏体+碳化物碳化物+残余奥氏体，残余奥氏体，“淬火晶粒淬火晶粒”清清晰可见（图晰可见（图8 -20），证明马氏体回火不足。），证明马氏体回火不足。图图8-20 显微组织示意图显微组织示意图 任务三分

77、析塑料模具失效形式任务分析任务分析 经电镜分析未发现特别明显的氧含量，排除加热或淬火开经电镜分析未发现特别明显的氧含量，排除加热或淬火开裂。裂纹扩展区显微形貌为碳化物解理裂。裂纹扩展区显微形貌为碳化物解理+ +准解理准解理+ +韧窝，二次裂韧窝，二次裂纹有沿晶的趋势（图纹有沿晶的趋势（图8 -218 -21）。模具的开裂是裂纹多源扩展，）。模具的开裂是裂纹多源扩展，裂纹源也有起始于碳化物集中的位置。裂纹源也有起始于碳化物集中的位置。 图图8-21 裂纹扩展区裂纹扩展区SEM形貌形貌任务三分析塑料模具失效形式任务分析任务分析二、解决方案二、解决方案 回火实验发现，试样经回火实验发现，试样经450

78、450加热回火后的组织为回火加热回火后的组织为回火马氏体马氏体+ +碳化物碳化物+ +少量残留奥氏体，如图少量残留奥氏体，如图8-228-22。根据检验分析，。根据检验分析，淬火晶粒度为淬火晶粒度为8 8级，确认淬火加热温度合适。根据金相组织级，确认淬火加热温度合适。根据金相组织中可见中可见“淬火晶粒淬火晶粒”的事实，认定模具处于回火不足（淬火的事实，认定模具处于回火不足（淬火马氏体）状态。回火工艺试验证明，回火充分的组织，马氏体）状态。回火工艺试验证明，回火充分的组织，“淬淬火晶粒火晶粒”显现不出来。显现不出来。 图图8-22 4502h回火组织回火组织500任务三分析塑料模具失效形式任务分

79、析任务分析 因此，调整热处理工艺，调整回火工艺参数，确保回因此，调整热处理工艺，调整回火工艺参数，确保回火充分，是解决问题的关键，回火温度为火充分，是解决问题的关键，回火温度为450450，回火后，回火后的组织为回火马氏体的组织为回火马氏体+ +碳化物碳化物+ +少量残留奥氏体，硬度仍能少量残留奥氏体，硬度仍能保持为保持为52HRC52HRC。 任务三分析塑料模具失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式1 1腐蚀腐蚀 塑料模具被腐蚀的现象，不仅在塑料成型加工时可见，在模塑料模具被腐蚀的现象，不仅在塑料成型加工时可见，在模具保管中也常有出现。塑料模具在塑料成型加工

80、时被腐蚀，主要具保管中也常有出现。塑料模具在塑料成型加工时被腐蚀，主要是由成型原料中的添加元素加热分解所放出的腐蚀性气体所致；是由成型原料中的添加元素加热分解所放出的腐蚀性气体所致；而后者是由于保管状况和储存环境而后者是由于保管状况和储存环境( (如潮湿或空气中有腐蚀性气如潮湿或空气中有腐蚀性气体存在体存在) )所造成的，大多是由于使用和保管交替太频繁所致。所造成的，大多是由于使用和保管交替太频繁所致。任务三分析塑料模具失效形式2磨损磨损 塑料模具与其接触的塑料之间，或塑料模具工件之间产塑料模具与其接触的塑料之间，或塑料模具工件之间产生相对运动时都会导致塑料模具的磨损，特别是当塑料模具中生相对

81、运动时都会导致塑料模具的磨损，特别是当塑料模具中加有硬质物质时，这种磨损会更严重。值得一提的是，塑料与加有硬质物质时，这种磨损会更严重。值得一提的是，塑料与其所成型的材料之间的磨损和金属之间的磨损不一样，因为塑其所成型的材料之间的磨损和金属之间的磨损不一样，因为塑料还会明显地增加腐蚀作用，导致塑料模具表面的腐蚀磨损。料还会明显地增加腐蚀作用，导致塑料模具表面的腐蚀磨损。 一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式 塑料模具磨损的后果是：轻者导致模具表面变粗糙并失塑料模具磨损的后果是：轻者导致模具表面变粗糙并失去光泽，重者会导致塑料模具尺寸超差或形状发生变化。一去光泽，重者

82、会导致塑料模具尺寸超差或形状发生变化。一般来说，塑料模具的表面硬度与其耐磨性有关，从这个观点般来说，塑料模具的表面硬度与其耐磨性有关，从这个观点出发，就希望模具有很高的硬度；在腐蚀磨损的情况下，还出发，就希望模具有很高的硬度；在腐蚀磨损的情况下，还希望模具有良好的耐蚀性。对塑料模具希望模具有良好的耐蚀性。对塑料模具( (钢钢) )进行淬火和表面进行淬火和表面处理都能达到提高塑料模具耐磨性的目的。处理都能达到提高塑料模具耐磨性的目的。任务三分析塑料模具失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式 3变形变形 塑料模具在长期服役后其尺寸会发生变化，由于轧制的塑料模具在长

83、期服役后其尺寸会发生变化，由于轧制的金属材料不同程度地存在各向异性，因此，势必引起塑料模金属材料不同程度地存在各向异性，因此，势必引起塑料模具形状发生变化。特别是当钢制塑料模具在热处理过程中残具形状发生变化。特别是当钢制塑料模具在热处理过程中残留有残余奥氏体或残余应力时，这种情况引起塑料的变形会留有残余奥氏体或残余应力时，这种情况引起塑料的变形会更严重。解决的方法是对淬火塑料模具进行高温回火更严重。解决的方法是对淬火塑料模具进行高温回火(如如Cr12MoV钢钢)、冷处理、冷处理(如如T10A，CrWMn和和Cr12MoV钢钢)以以尽可能减少残余奥氏体的数量。尽可能减少残余奥氏体的数量。 任务三

84、分析塑料模具失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式 热处理会产生残余应力，电加工甚至机械加工也会产生热处理会产生残余应力，电加工甚至机械加工也会产生残余应力，消除残余应力的方法是在热处理或加工后再进行残余应力，消除残余应力的方法是在热处理或加工后再进行一次充分回火，也有用消除残余应力机来消除残余应力的报一次充分回火，也有用消除残余应力机来消除残余应力的报道。为了避免塑料模具产生变形，选用预硬钢道。为了避免塑料模具产生变形，选用预硬钢(正火碳素结构正火碳素结构钢、调质合金结构钢、易切削模具钢或时效硬化模具钢钢、调质合金结构钢、易切削模具钢或时效硬化模具钢)是简是

85、简单易行的办法，其不足之处是塑料模具的耐磨性不足。为了单易行的办法，其不足之处是塑料模具的耐磨性不足。为了保证塑料模具尺寸的精确性，日本也采用电火花加工硬质合保证塑料模具尺寸的精确性，日本也采用电火花加工硬质合金制造高精度和长寿命塑料模具。金制造高精度和长寿命塑料模具。 任务三分析塑料模具失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式 4 4开裂开裂 塑料模具有时也会因开裂而失效，特别是硬度高且内腔塑料模具有时也会因开裂而失效，特别是硬度高且内腔圆角半径太小的塑料模具就更容易开裂了。有的塑料模具在圆角半径太小的塑料模具就更容易开裂了。有的塑料模具在使用前就已存在开裂，

86、这样的塑料模具往往会早期开裂。塑使用前就已存在开裂，这样的塑料模具往往会早期开裂。塑料模具淬火温度过高，回火处理不及时，错误地在回火脆性料模具淬火温度过高，回火处理不及时，错误地在回火脆性区回火，磨削加工过程中塑料模具表面产生磨削以及在电火区回火，磨削加工过程中塑料模具表面产生磨削以及在电火花加工过程中塑料模具表面产生的裂纹未除去，都是塑料模花加工过程中塑料模具表面产生的裂纹未除去，都是塑料模具开裂的原因。具开裂的原因。 任务三分析塑料模具失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式一、塑料模具的服役条件和失效形式 此外，塑料模具结构设计不合理、操作使用不当以及此外，塑料模具结构设计不合理、操作使

87、用不当以及塑料模具中有大量的残余应力等都会造成塑料模具开裂。塑料模具中有大量的残余应力等都会造成塑料模具开裂。优化塑料模具结构设计，正确地进行热处理，精心操作和优化塑料模具结构设计，正确地进行热处理，精心操作和使用都可预防塑料模具产生早期开裂。一旦塑料模具产生使用都可预防塑料模具产生早期开裂。一旦塑料模具产生早期开裂，就要仔细地进行失效分析，找出其早期开裂的早期开裂，就要仔细地进行失效分析，找出其早期开裂的根本原因，采取适当措施，就可避免此类事故的重演。根本原因，采取适当措施，就可避免此类事故的重演。 任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止

88、措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 陶瓷模具是加工生产建筑陶瓷制品的重要成形模具，模陶瓷模具是加工生产建筑陶瓷制品的重要成形模具，模具材料为具材料为Crl2MoVCrl2MoV钢，陶瓷材料为高铝粘土。生产中发现，钢，陶瓷材料为高铝粘土。生产中发现，Crl2MoVCrl2MoV钢陶瓷模具生产加工中易出现非正常早期开裂失效，钢陶瓷模具生产加工中易出现非正常早期开裂失效，并伴有严重腐蚀现象，该模具失效常在春季发生。为此，对并伴有严重腐蚀现象，该模具失效常在春季发生。为此，对失效模具进行了检验分析，证实陶瓷模具断裂失效为腐蚀疲失效模具进行了检验分析，证实陶瓷模具断裂失效为腐蚀疲劳断裂失效，并提出了预防

89、对策措施，防止陶瓷模具腐蚀断劳断裂失效，并提出了预防对策措施，防止陶瓷模具腐蚀断裂破坏事故再次发生。裂破坏事故再次发生。 任务三分析塑料模具失效形式 Crl2MoV钢陶瓷模具热处理工艺为：钢陶瓷模具热处理工艺为：840预热，预热，1020加热淬油冷却，加热淬油冷却，230三次回火；采用真空热处理。三次回火；采用真空热处理。模具处理后硬度为模具处理后硬度为5859HRC，硬度合格。，硬度合格。 二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 失效模具断口呈灰黑色，中部有一亮点，亮点附近有明失效模具断口呈灰黑色，中部有一亮点，亮点附近有明显腐蚀

90、斑迹，如图显腐蚀斑迹，如图8-23所示。在凸模运动终点部位，模壁表所示。在凸模运动终点部位，模壁表面腐蚀坑密密麻麻清晰可见，如图面腐蚀坑密密麻麻清晰可见，如图8-24所示。所示。图图8-23失效模具断口形貌失效模具断口形貌1.8 图图8-24模腔内壁的蚀坑模腔内壁的蚀坑x1.8 任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 断口边缘处光亮点位于凸模运动终止点蚀坑最严重区域断口边缘处光亮点位于凸模运动终止点蚀坑最严重区域处。金相检验表明，组织为回火马氏体处。金相检验表明，组织为回火马氏体+碳化物，如图碳化物，如图8

91、-25所示。碳化物细小，呈带状分布，硬度为所示。碳化物细小，呈带状分布，硬度为5859HRC，金相，金相组织和热处理工艺均合格。扫描电镜观察发现，在亮点处疲组织和热处理工艺均合格。扫描电镜观察发现，在亮点处疲劳辉纹明显可见，如图劳辉纹明显可见，如图8-26所示，疲劳辉纹处为模具断裂的所示，疲劳辉纹处为模具断裂的裂纹源。裂纹源。 图图8-25陶瓷模具的陶瓷模具的金相组织金相组织 500 图图8-26裂纹源处疲劳裂纹源处疲劳辉纹辉纹(SEM)X1184 任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 近裂纹源处的断口形

92、貌如图近裂纹源处的断口形貌如图8-27所示，由韧窝、二次裂所示，由韧窝、二次裂纹、腐蚀坑及腐蚀产物组成。经能谱分析，该区域纹、腐蚀坑及腐蚀产物组成。经能谱分析，该区域Si、Al、Ca含量较高。裂纹扩展区断口形貌如图含量较高。裂纹扩展区断口形貌如图8-28所示，可以看出所示，可以看出清晰的泥块花样、韧窝和二次裂纹，并有腐蚀产物。经能谱清晰的泥块花样、韧窝和二次裂纹，并有腐蚀产物。经能谱分析可知，该处和图分析可知，该处和图8-27区域处所含元素基本一致，腐蚀产区域处所含元素基本一致，腐蚀产物成分与陶瓷粘土成分密切相关。物成分与陶瓷粘土成分密切相关。 图图8-27近裂纹源处的近裂纹源处的断口形貌断口

93、形貌(SEM) 图图8-28裂纹扩展区断口裂纹扩展区断口形貌形貌(SEM) 任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 由上述裂纹处断口宏观和微观检验分析可知，模具由上述裂纹处断口宏观和微观检验分析可知，模具断口形貌具有疲劳断裂特征，同时具有腐蚀断裂特征。断口形貌具有疲劳断裂特征，同时具有腐蚀断裂特征。分析认为，模具的开裂破坏为腐蚀疲劳失效。疲劳裂纹分析认为，模具的开裂破坏为腐蚀疲劳失效。疲劳裂纹源位于模腔内角，凸模运动止点处，该处有明显的疲劳源位于模腔内角，凸模运动止点处，该处有明显的疲劳辉纹。潮湿的陶瓷粘土

94、对模具造成腐蚀作用，而南方春辉纹。潮湿的陶瓷粘土对模具造成腐蚀作用，而南方春节是多雨潮湿季节，故腐蚀破坏较为严重，模具型腔内节是多雨潮湿季节，故腐蚀破坏较为严重，模具型腔内出现许多蚀坑。有资料表明，低频率的疲劳应力加速腐出现许多蚀坑。有资料表明，低频率的疲劳应力加速腐蚀断裂进程，而陶瓷模具的腐蚀疲劳作用正是在低频率蚀断裂进程，而陶瓷模具的腐蚀疲劳作用正是在低频率工作状态进行的。工作状态进行的。 任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 分析认为，模具型腔内角处易产生应力集中，因而分析认为，模具型腔内角处易产生

95、应力集中，因而疲劳裂纹源首先在模腔内角部位产生。模具工作时，承疲劳裂纹源首先在模腔内角部位产生。模具工作时，承受周期式张力作用，使模具在交变应力下产生疲劳，在受周期式张力作用，使模具在交变应力下产生疲劳，在凸模运动终止处出现应力极大值；而该处腐蚀坑成为腐凸模运动终止处出现应力极大值；而该处腐蚀坑成为腐蚀疲劳裂纹源。同时，在疲劳裂纹中腐蚀产物体积比金蚀疲劳裂纹源。同时，在疲劳裂纹中腐蚀产物体积比金属体积大，产生胀大楔入作用，增大裂尖处张力而加快属体积大，产生胀大楔入作用，增大裂尖处张力而加快裂纹扩展，最终在低周交变应力下导致模具产生腐蚀疲裂纹扩展，最终在低周交变应力下导致模具产生腐蚀疲劳断裂失效

96、。劳断裂失效。任务三分析塑料模具失效形式二、其他模具失效分析二、其他模具失效分析陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施陶瓷模具腐蚀开裂分析及防止措施 为防止陶瓷模具发生腐蚀疲劳断裂破坏，提出防止措施为防止陶瓷模具发生腐蚀疲劳断裂破坏，提出防止措施如下：如下：(1)陶瓷模具进行渗氮处理，提高模具的耐腐蚀疲劳性能，陶瓷模具进行渗氮处理，提高模具的耐腐蚀疲劳性能，同时提高模具表面硬度、强度及耐磨性能，有利于明显延长同时提高模具表面硬度、强度及耐磨性能，有利于明显延长模具工作寿命。模具工作寿命。(2)生产中，清洗模具改水洗清洗为高压气洗清洗，防止生产中，清洗模具改水洗清洗为高压气洗清洗，防止残水遗留模具表面出

97、现腐蚀，避免模具工作时潮湿环境及介残水遗留模具表面出现腐蚀，避免模具工作时潮湿环境及介质接触，防止腐蚀缺陷破坏发生。质接触，防止腐蚀缺陷破坏发生。思考题：思考题：1 、简述防止工件失效的主要措施。2、某厂采用T10钢制造自行车链条冲模的模头，在原材料质量、工艺均合格的条件下，模具正常工作时经常发生折断现象，试分析失效的可能原因，并提出解决办法。3、在满足工件使用性能和工艺性能的前提下，材料价格越低越好。”这句话是否一定正确?为什么?4、热作模具的失效形式有哪些？5、塑料模具的失效形式有哪些？6、冷作模具的失效形式有哪些？课题八金属材料的基础知识LOGO“十二五十二五”职业教育国家规划教材职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定经全国职业教育教材审定委员会审定大连理工大学出版社大连理工大学出版社Your company slogan in here