第三章模具失效形式與機(jī)理

1、第三章 模具失效的分析第一節(jié) 模具失效的基本概念一、模具服役模具安裝調(diào)試后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過程叫“模具眼役”。二、模具損傷模具在使用過程中，出現(xiàn)尺寸變化或微裂紋，但沒有立即喪失服役能力的狀態(tài)叫“模具損傷” 。三、模具失效模具受到損壞，不能通過修復(fù)而繼續(xù)服役時(shí)叫“模具失效”。廣義上講，模具失效是指一套模具完全不能再用，生產(chǎn)中一般指模具的主要工作零件不能再用。模具因類型不同、生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，失效的形式也不同。如鍛模會(huì)因鍛件尺寸不符合要求或鍛模破裂而失效，而塑料件表面要求很光的塑料模，會(huì)因模具表面粗糙度變大而失效。1、根據(jù)模具服役的情況分類1 ）非正常失效（早期失效）模具未達(dá)到一定的工業(yè)技術(shù)水平

2、下公認(rèn)的壽命時(shí)就不能服役時(shí)，稱“模具的早期失效”。早期失效的 “形式”： 有塑性變形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損。2 ）正常失效模具經(jīng)大量的生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役時(shí)，稱模具的“正常失效” 。12、根據(jù)模具服役的情況分類1）斷裂失效： 塑性斷裂、脆性斷裂與疲勞斷裂（含冷熱疲勞）。2）過量變形失效： 過量彈性變形、過量塑性變形（局部塌陷、局部鐓粗、型腔漲大）、蠕變超限。3）表面損傷失效： 表面磨損（磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損、疲勞磨損）、表面腐蝕（點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、沖刷腐蝕、應(yīng)力腐蝕） 。四、模具失效分析方法1、目的1）正確選擇模具材料； 2）合理制定模具制造工藝

3、；3）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)； 4）研究模具新材料和開發(fā)新工藝；5）預(yù)測(cè)模具在特定使用條件下的壽命。2、步驟1）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查（1）了解設(shè)備狀況和操作工藝； （2）統(tǒng)計(jì)模具的壽命和失效形式； （3）收集并保存失效模具，供分析用。2）模具用材和制造工藝的調(diào)查（1）復(fù)查模具材料的化驗(yàn)成分和冶金質(zhì)量；（2）了解模具的鍛造、機(jī)械加工、熱處理工藝及操作過程。其中重點(diǎn)：鍛造、熱處理工藝與質(zhì)量檢驗(yàn)。3）對(duì)模具進(jìn)行失效分析（1）外觀分析：了解損傷的種類，尋找操作的起源，觀察損傷部位的表面粗糙度和幾何形狀。（2）斷口分析與金相分析。（3）綜合各方面的分析結(jié)果，判斷模具失效的原因，以及影響失效過程的2各種因素。五、模具失效的

4、原因1、使用與管理因素1）工作環(huán)境； 2）操作人員水平或經(jīng)驗(yàn)；3）模具本身質(zhì)量； 4）生產(chǎn)管理制度。2、設(shè)計(jì)與制造1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)； 2）材料選擇與質(zhì)量問題； 3）毛坯鍛造不良； 4）機(jī)械加工缺陷； 5）熱處理不當(dāng)； 6）裝配精度不高。六、模具失效的主要原因1、設(shè)計(jì)不合理10%；2、選材不當(dāng)和材料缺陷10%；3、加工工藝不當(dāng)10%；4、熱處理不當(dāng)50%；5、潤(rùn)滑不好 7%；6、機(jī)床設(shè)備差8%；7、其它 5%3七、常見的模具失效形式1、沖擠壓沖頭的失效形式失效形式 ：D 處磨損超差、 R處斷裂失效占 90%以上；失效分析 ：D處不均勻磨損是因表面硬度不足造成； R處斷裂斷口分析結(jié)果與沖擊疲勞斷裂

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，屬于沖擊疲勞斷裂；解決辦法 ：D 處表面強(qiáng)化處理； R處修改形狀，優(yōu)化結(jié)構(gòu)；效果：壽命提高一倍以上。2、冷沖壓模具的失效形式43、熱鍛模具的失效形式4、冷鐓沖頭的失效形式5第二節(jié)磨損失效磨損 :由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損。磨損失效 :當(dāng)這磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或改變了模具的表面狀態(tài)使之不能繼續(xù)服役時(shí)，叫磨損失效。一、磨損分類按磨損機(jī)理可分為：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損。二、磨粒磨損磨粒磨損 :外來硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落的現(xiàn)象叫磨粒磨損。工件表面的硬突出物刮擦模具引起的模損也叫

6、磨粒磨損。（一）磨粒磨損機(jī)理當(dāng)磨粒與工件和模具表面接觸時(shí)，作用在磨粒上的作用力可分為垂直表面和平行表面的兩個(gè)分力，如圖 31。垂直分力使磨粒壓入金屬表面，平行分力使磨粒與金屬表面產(chǎn)生相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)。磨粒壓入金屬表面是磨粒磨損的第一階段 ，而壓入金屬表面的磨粒與金6屬表面的相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)是磨粒磨損的第二階段 ，兩個(gè)階段的綜合即構(gòu)成完整的磨粒磨損過程。在用模具成形工件時(shí)，一般情況模具比工件硬度高，磨粒首先被壓入軟工件內(nèi)，在模具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)刮擦模具 ，從模具表面切下細(xì)小的碎片。當(dāng)模具表面存在溝槽、凹坑時(shí)，磨粒不易從凹坑中出來（或粘結(jié)在模具表面上）隨工件一起運(yùn)動(dòng)，磨粒將 耕犁或犁皺工件 ，如圖 32

7、所示。（二）影響磨粒磨損的因素1 磨粒的大小和形狀磨粒平均尺寸越大，模具的磨損量越大，但磨粒的尺寸到達(dá)一定值后，磨損量保持不變。磨粒的外形越呈多棱形，越鋒利，磨損量越大。2 磨粒硬度 Hm與模具材料硬度H。磨粒硬度 Hm與模具材料的硬度H。之間的相對(duì)值對(duì)磨損影響很大。當(dāng) Hm < H。時(shí)，如圖 33 中 區(qū)，模具產(chǎn)生輕微磨損，此時(shí)磨損率小，曲線上升平緩。當(dāng) Hm= H。時(shí)，如圖 33 中區(qū)，為磨損軟化狀態(tài)，此時(shí)的磨損率急劇增加，曲線上升很徒。7當(dāng) HmH。時(shí)，如圖 3 3 中區(qū)，為嚴(yán)重磨損狀態(tài)，此時(shí)磨損量較大，曲線趨平。由此可見， 要減少磨粒磨損，模具材料硬度H。應(yīng)比磨粒的硬度Hm高。3

8、 模具與工件表面壓力隨著模具與工件表面壓力的增加，磨粒壓入模具的深度增加，磨損越嚴(yán)重。但當(dāng)壓力達(dá)到一定值后，磨粒棱角變鈍，磨損增加趨緩，如圖34 所示。4磨粒尺寸與工件厚度的相對(duì)比值工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入深度越深，對(duì)模具的磨損越小。（三）提高耐磨粒磨損的措施1 提高模具材料的硬度一般情況下，模具材料硬度越高，抗磨粒壓人的能力越強(qiáng)，耐磨損性越好。2進(jìn)行表面耐磨處理模具使用工況惡劣，承受一定的沖擊載荷，模具的整體必須具有一定的韌性。因此，對(duì)模具表面進(jìn)行耐磨處理，是在保證一定韌性的條件下，提高模具耐磨性的有效途徑。3采用防護(hù)措施8在模具服役過程中，及時(shí)清理模具表面與毛坯上存在的磨粒，防

9、止磨粒的侵人，是提高耐磨性的有效方法。三、粘合磨損粘著磨損 :工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平,粘著的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象稱為粘著磨損。（一）粘著磨損機(jī)理從微觀上講，模具表面總是凹凸不平的。模具與工件表面 實(shí)際接觸面積只有名義上的 001%01%，只有少數(shù)微觀凸體的峰頂接觸，此時(shí)， 峰點(diǎn)壓力很大，有時(shí)高達(dá) 5000MPa，足夠引起塑性變形，并且 表面溫度因摩擦發(fā)熱很高 ，嚴(yán)重時(shí)，甚至可使表面局部金屬軟化或熔化，從而破壞了表層的氧化膜和潤(rùn)滑膜，使新的金屬材料暴露，造成了 材料分子之間相互吸引、相互滲透、相互粘著和咬著的條件十是它們之間就聯(lián)接起來。這一

10、過程一般只有幾毫秒。隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行和接觸部分溫度急劇下降，峰頂相當(dāng)于一次 局部淬火 ，使粘著部分的材料強(qiáng)度增加，并形成 淬火裂紋 ，最后造成 撕裂和剝落 。粘著磨損過程如圖 35。1 ）微凸體開始接觸，在接觸峰頂產(chǎn)生彈一塑性變形；2）微凸體接觸點(diǎn)產(chǎn)生粘著，并形成粘結(jié)點(diǎn);3）粘結(jié)點(diǎn)附近產(chǎn)生裂紋；4）粘結(jié)點(diǎn)在裂紋處被剪切，使微凸體分離；5）微凸體附近彈性恢復(fù)，一個(gè)粘著磨損過程完結(jié)。9（二）粘著磨損分類按照磨損嚴(yán)重程度， 粘著磨損可分為輕 “微粘著磨損” 和“嚴(yán)重粘著磨損”。1 輕微粘著磨損當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度低于模具與工件的強(qiáng)度時(shí)，剪切發(fā)生在結(jié)合面上圖 36（ l ） ，這種磨損量不大。由于這種磨損

11、只發(fā)生在工具與模具表面的氧化膜內(nèi)，又稱為 “氧化磨損”。102 嚴(yán)重粘著磨損當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于模具與工件其中之一的材料強(qiáng)度時(shí)，剪切面發(fā)生在工件或模具的基體上。嚴(yán)重粘著磨損又分為三種情況：（1）涂抹粘結(jié)點(diǎn)的剪切發(fā)生在較軟金屬表面層上部，當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高于較軟金屬的強(qiáng)度時(shí)，被剪切的金屬以涂抹方式轉(zhuǎn)移到硬金屬表面上圖 3 6（ 2）。（2）擦傷當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于兩金屬材料的強(qiáng)度時(shí)，剪切發(fā)生在較軟金屬表層較下的部分，有時(shí)剪切也發(fā)生在硬金屬的淺表層內(nèi)圖36（3）。（3）膠合當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度比兩金屬?gòu)?qiáng)度高得多且粘結(jié)點(diǎn)面積較大時(shí)，剪切破壞發(fā)生在一個(gè)或兩個(gè)金屬表層較深的地方 圖 36（4） 。（三）影響粘著磨損的因

12、素1表面壓力當(dāng)平均壓力小于材料硬度的13 時(shí)，磨損量與載荷成正比，且不大；當(dāng)壓力超過臨界值，磨損量急劇上升；當(dāng)壓力很大時(shí)，接觸表面處于很高溫度，粘結(jié)點(diǎn)不易冷卻，剪切面多發(fā)生在接觸面，磨損轉(zhuǎn)向下降。由此可知，隨著表面壓力由小增大，磨損形式即由氧化磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重磨損，再轉(zhuǎn)化為氧化磨損（圖37）。112材料性質(zhì)根據(jù)強(qiáng)度理論，脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞取決于切應(yīng)力。表面接觸中最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力出現(xiàn)在離表面一定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重。相同金屬或者互溶性大的材料組成的摩擦副，粘著效應(yīng)較強(qiáng)，容易發(fā)生粘著磨損。異性金屬或者互溶性較小的材料組成的摩擦副，不易產(chǎn)生粘著

13、磨損。從材料的相組織結(jié)構(gòu)來看，多相金屬比單相金屬的抗粘著磨損能力高。從晶體結(jié)構(gòu)來看，密排立方結(jié)構(gòu)比面心立方結(jié)構(gòu)的金屬抗粘著磨損的性能好。3材料硬度兩材料硬度相差較大時(shí)，剪切只發(fā)生在軟金屬的淺表層，磨損不大。兩材料硬度相近時(shí)，粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度一般高于兩金屬材料，剪切會(huì)同時(shí)發(fā)生在兩材料的較深的部位，磨損嚴(yán)重。12（四）提高耐粘著磨損性能的措施1 合理選用模具材料選與工件互溶性小的材料，可減小親合力，降低粘結(jié)的可能性。2合理選用潤(rùn)滑劑和添加劑潤(rùn)滑油膜可以防止金屬表面直接接觸，成倍地提高抗粘著磨損的能力。3采用表面處理采用多種表面熱處理方法，改變摩擦表面的互溶性質(zhì)和表層金屬的組織結(jié)構(gòu)，避免同類金屬相互摩擦能

14、降低粘著磨損。13四、疲勞磨損疲勞磨損： 兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱為“疲勞磨損”。（一）疲勞磨損的機(jī)理線、面接觸的摩擦副中，在承受力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，表面及亞表面不僅有多變的接觸壓力 且還有切應(yīng)力 ，這些外力反復(fù)作用一定周次后，表面就會(huì)產(chǎn)生局部的 塑性變形 和加工硬化 。在某些 組織不均勻 處，由于 應(yīng)力集中 ，形成裂紋源 ，并沿著切應(yīng)力方向或夾雜物走向發(fā)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到表面時(shí)或與縱向裂紋相交時(shí)，形成 “磨損剝落 ”。模具疲勞磨損的外載有機(jī)械載荷、熱載荷。因此可分為 機(jī)械疲勞磨損、冷熱疲勞磨損 。（二）影響疲勞磨損的因素1 材質(zhì)

15、鋼材的冶金質(zhì)量 ，如氣體含量， 非金屬夾雜物 類型、大小、形貌和分布狀態(tài)，是影響疲勞磨損的重要因素，特別是 脆性和帶有棱角狀的非金屬夾雜物 ，它們破壞了基體的連續(xù)性，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，夾雜物的尖角部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，并由于塑性變形加工硬化引起顯微裂紋。2硬度一般來講，硬度增加，強(qiáng)度增加，則增加表面抗疲勞能力。但硬度過高，疲勞裂紋擴(kuò)展快，又引起抗疲勞磨損的能力降低（圖38）。143表面粗糙度由于表面粗糙，使接觸壓力作用在很小的面積上，造成很大的接觸應(yīng)力，表面粗糙度值低，接觸面積增大，接觸應(yīng)力下降，有利于提高抗疲勞磨損能力。（三）提高耐疲勞磨損性能的措施1合理選擇潤(rùn)滑劑避免模具與工件直接接觸；均化

16、接觸應(yīng)力，從而相對(duì)地降低了最大接觸應(yīng)力；緩沖沖擊；充填在粗糙表面低洼處。粘度愈高，效果愈好。因此，固體潤(rùn)滑劑比液體潤(rùn)滑劑好，在液體潤(rùn)滑劑中，加人適量的極壓添加劑，有利于模具提高抗疲勞磨損的能力；而粘度較低的潤(rùn)滑劑，易楔入裂紋中，造成高的液體壓力，加速裂紋擴(kuò)展，促進(jìn)疲勞磨損。2進(jìn)行表面強(qiáng)化處理在常溫狀態(tài)下，通過噴丸、液壓 等方式使模具工作表面金屬受壓縮產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生一定的宏觀殘余壓縮應(yīng)力 ，有利于提高抗疲勞磨損的能力。15五、氣蝕磨損和沖蝕磨損（一）氣蝕磨損氣蝕磨損： 金屬表面的 氣泡破裂 ，產(chǎn)生瞬間的沖擊 和高溫，使模具表面形成微小麻點(diǎn) 和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨損（圖 39）。當(dāng)模具表面與液

17、體接觸作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液體與模具接觸處的局部壓力比其蒸發(fā)壓力低的情況下，將形成氣泡。同時(shí)溶解在液體中的氣體也可能析出形成氣泡。如果這些氣泡流到高壓區(qū)，當(dāng)承受壓力超過氣泡內(nèi)壓力時(shí)，氣泡便會(huì)破裂，在瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，作用于模具局部表面上。在這種氣泡的形成和破裂的反復(fù)作用下，模具淺表面將萌生疲勞裂紋，最后擴(kuò)展至表面，局部金屬脫離表面或氣化，形成泡沫海綿狀空穴。注塑模，壓鑄模易發(fā)生氣蝕磨損。（二）沖蝕磨損沖蝕磨損：液體和固體微小顆粒高速落到模具表面，反復(fù)沖擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫“沖蝕磨損”（圖 310）。16當(dāng)小滴液體以高速（ 100m/s）落到模具表面上

18、，產(chǎn)生很高的應(yīng)力，一般可以超過金屬材料的屈服強(qiáng)度，甚至造成局部材料斷裂。速度不高的反復(fù)沖擊會(huì)萌生疲勞裂紋形成麻點(diǎn)和凹坑。（三）提高抗氣蝕磨損和沖蝕磨損的措施氣蝕磨損和沖蝕磨損是疲勞磨損的一種派生形式，在注塑模具與壓鑄模具中易出現(xiàn)。一般來講，若材料具行較好的抗疲勞性 和抗腐蝕性 ，又有較高的 強(qiáng)度和韌性，則抗氣蝕和沖蝕磨損的性能就好。工藝上，降低流體對(duì)模具表面的沖擊速度，避免渦流，消除產(chǎn)生氣蝕的條件，也能有效地減少氣蝕和沖蝕磨損。17六、腐蝕磨損腐蝕磨損：在磨擦過程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦力機(jī)械作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象叫“腐蝕磨損”。（一）腐蝕磨損機(jī)制當(dāng)一對(duì)摩擦

19、副在一定的環(huán)境中發(fā)生摩擦?xí)r。在摩擦面上便產(chǎn)生與環(huán)境介質(zhì)的反應(yīng)，并 形成反應(yīng)物 ，這是腐蝕磨損的第一階段；表面反應(yīng)物 在其后的兩摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中 被磨掉 ，這是腐蝕磨損的第二階段。一旦反應(yīng)物被磨掉，就暴露出來了未反應(yīng)表面，就又開始了腐蝕磨損的第一階段（圖 3-11 ）。腐蝕磨損形式常發(fā)生于高溫或潮濕的環(huán)境中，在有酸、堿、鹽等特殊條件下最易發(fā)生。模具常見的腐蝕磨損有“氧化腐蝕磨損”和“特殊介質(zhì)的腐蝕磨損”。（二）氧化磨損在摩擦過程中由于金屬表層凸峰的塑性變形，促使原有的氧化膜破裂 ，新的材料暴露，于是又與氧結(jié)合形成脆而硬的氧化膜。新生成的氧化膜因摩擦作用而剝落，由此造成的磨損稱為氧化磨損。模具服

20、役時(shí)一般都會(huì)出現(xiàn)氧化磨18損。氧化磨損的速度與氧化膜的性質(zhì)有關(guān)：若氧化物密度與原金屬差不多，則氧化膜能牢固的覆蓋在金屬表面上，磨損??；若氧化物密度比原金屬密度大，則氧化膜中易出現(xiàn)拉應(yīng)力；使膜破裂或出現(xiàn)多孔疏松的膜；若氧化物的密度小于原金屬的密度，則隨著氧化膜的生長(zhǎng)，膜的體積不斷膨脹，在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力和垂直于表面使膜脫離表面的拉應(yīng)力，膜愈厚，則內(nèi)應(yīng)力愈大，會(huì)使表面氧化膜形成裂紋或從表面脫落。如果氧化膜與金屬基體膨脹系數(shù)不同，當(dāng)表面溫度發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)因產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而脫落。（三）特殊介質(zhì)腐蝕磨損在腐蝕性環(huán)境中金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物。在摩擦力的作用下，引起表

21、層化合物的脫落，由此引起的磨損稱為特殊介質(zhì)腐蝕磨損。19七、磨損的交互作用在模具與工件（或坯料）相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，摩擦磨損情況很復(fù)雜，磨損一般不只是以一種形式存在，往往是多種形式并存，并相互促進(jìn)。圖 312 表示了模具磨損幾種形式之間的關(guān)系。模具與工件表面產(chǎn)生粘著磨損后，部分材料脫落會(huì)形成磨粒，進(jìn)而伴生磨粒磨損。磨粒磨損出現(xiàn)后，使得模具表面變得更粗糙，又造成進(jìn)一步地粘著磨損。模具出現(xiàn)疲勞磨損后，同樣出現(xiàn)磨損后的磨粒，造成磨粒磨損。磨粒磨損使得模具表面出現(xiàn)溝痕，粗化，這又加重了進(jìn)一步的粘著磨損和疲勞磨損。模具出現(xiàn)腐蝕磨損后，隨之而來的將會(huì)是磨粒磨損，進(jìn)而伴生粘著磨損和疲勞磨損。20第三節(jié)斷裂失效一、斷

22、裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和數(shù)部分，喪失服役能力的現(xiàn)象（最嚴(yán)重的失效形式）。二、斷裂分類及斷裂形式（一）斷裂分類（1）按斷裂 性質(zhì)分:塑性斷裂、脆性斷裂（2）按斷裂 路徑分:沿晶斷裂、穿晶斷裂、混晶斷裂（3）按斷裂 機(jī)理分:一次性斷裂、疲勞斷裂模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂的性質(zhì)多為脆性斷裂。脆性斷裂 : 是指斷裂時(shí)不發(fā)生或發(fā)生較小的宏觀塑性變形（小于 2%5%）的斷裂。脆性斷裂包括“ 一次性斷裂” 和“ 疲勞斷裂” 兩種。一次性斷裂： 是指在承受很大變形力或在沖擊載荷的作用下，裂紋產(chǎn)生并迅速擴(kuò)展所造成的斷裂。其斷口為 結(jié)晶狀 。疲勞斷裂 ： 是指在較低的應(yīng)力下，經(jīng)多次使用，裂紋緩慢擴(kuò)

23、展后發(fā)生的斷裂。其斷口為 纖維狀 。1、一次性斷裂按裂紋擴(kuò)展路徑的走向，分為“穿晶斷裂” 和“沿晶斷裂” 兩種類型。1 ）穿晶斷裂穿晶斷裂 ： 是一種因拉應(yīng)力作用而引起的解理斷裂（指沿特定晶面 的斷21裂）。當(dāng)模具材料韌性差，存在表面缺陷、承受高的沖擊載荷時(shí)，易發(fā)生穿晶斷裂。2 ）沿晶斷裂沿晶斷裂： 裂紋沿晶界面擴(kuò)展而造成金屬材料的脆斷，稱為沿晶斷裂?；驹?：一方面是材料本身的原因，另一方面是環(huán)境介質(zhì)或高溫的促進(jìn)作用。（1）晶界沿沉淀相造成的沿晶斷裂晶界上的析出相通常是不連續(xù)的，呈球塊狀、棒狀和樹枝狀，有時(shí)覆蓋面可達(dá) 50的晶界面積，沉淀周圍形成微孔，這些微孔在力的作用下擴(kuò)展連通而形成裂紋

24、（圖 325）。（2）雜質(zhì)元素偏聚而造成的沿晶脆斷雜質(zhì)原子存在于晶界，降低品界鍵合能，當(dāng)晶界的雜質(zhì)元素含量達(dá)到某一水平時(shí)，脆性斷裂的途徑從解理面變?yōu)榫Ы纭Ｒ话銇碇v，晶粒的晶界強(qiáng)度、晶內(nèi)強(qiáng)度都隨溫度而變化，如圖 326 所示。在某一溫度時(shí)， 晶界強(qiáng)度 、晶內(nèi)強(qiáng)度 相等，這一溫度稱為 等強(qiáng)溫度 。溫度大于等強(qiáng)溫度，易產(chǎn)生沿晶斷裂，溫度小于等強(qiáng)溫度，易產(chǎn)生穿晶斷裂。222、疲勞斷裂疲勞斷裂： 模具在循環(huán)載荷的作用下服役一段時(shí)間后所引起的斷裂稱為疲勞斷裂。根本原因：應(yīng)力集中 和循環(huán)載荷。1）疲勞裂紋的萌生疲勞裂紋 產(chǎn)生的部位：總是在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的部位上形成，模具的疲勞裂紋萌生于外表面、次表面，但

25、裂紋產(chǎn)生方式是各種各樣的。（1）表面不均勻變形萌生裂紋模具在尺寸過渡、刀痕、磨損溝痕等處易產(chǎn)生應(yīng)力集中；在循環(huán)應(yīng)力的作用下，滑移帶分布極不勻，且粗大，由于滑移的結(jié)果，在模具表面形成擠出峰和擠入槽，如圖 327。在峰槽相交處，成為 疲勞裂紋的源 ，在循環(huán)應(yīng)力連續(xù)作用下形成顯微裂紋。（2）沿晶界萌生裂紋23金屬在高溫下，晶界強(qiáng)度往往低于晶內(nèi)強(qiáng)度，在循環(huán)應(yīng)力作用下，滑移帶晶界上引起的應(yīng)變不斷增加，在晶界造成位錯(cuò)塞積，造成應(yīng)力集中，當(dāng)晶界處應(yīng)力峰值達(dá)到斷裂強(qiáng)度時(shí)，晶界開裂并形成微裂紋（圖328）。材料的晶粒尺寸越大，晶內(nèi)可能形成的位錯(cuò)塞積越長(zhǎng)，晶界上的應(yīng)變量越大，越容易形成疲勞裂紋。（3）沿夾雜和第二

26、相微裂紋萌生模具材料內(nèi)非金屬夾雜物不可避免的存在，另外，為了強(qiáng)化金屬材料，常常采用第二相。如果夾雜物與基體聯(lián)接緊密，且易同時(shí)參與變形，則不易在界面形成裂紋。硬度高于基體的夾雜物，粗大質(zhì)點(diǎn)的夾質(zhì)物，都易在夾雜物與基體界面上萌生裂紋。242）疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋的擴(kuò)展分為兩個(gè)階段（圖330）。（1）裂紋擴(kuò)展的第一階段裂紋萌生后，在循環(huán)載荷的作用下，沿滑移帶的主滑移面向模具金屬內(nèi)部擴(kuò)展，此滑移面的取向與拉應(yīng)力軸呈450 角，當(dāng)裂紋遇到晶界時(shí)，其位向會(huì)稍有偏移，但就總的走向來說，仍保持與拉應(yīng)力軸呈450。第一階段的擴(kuò)展很淺，一般幾微米到 100m左右。（2）裂紋的擴(kuò)展第二階段（穩(wěn)定擴(kuò)展階段）當(dāng)裂紋擴(kuò)展

27、遇到了障礙（如晶界夾雜） ，就轉(zhuǎn)向朝垂直于拉應(yīng)力軸的方向擴(kuò)展，這就是第二階段擴(kuò)展。應(yīng)力集中 產(chǎn)生裂紋 造成新的應(yīng)力集中 促進(jìn)裂紋擴(kuò)展 最后斷裂。3 、冷熱疲勞斷裂（1）產(chǎn)生的原因?qū)τ跓嶙髂＞撸?工作時(shí)由于與熱的坯料相互作用， 引起了模具表面溫度 常升至 600900的范圍。為了不使模具的強(qiáng)度下降，必須要對(duì)脫模后的模具 噴灑冷卻劑 ，使其降溫。這樣周則復(fù)始，使模具表面反復(fù)經(jīng)歷 急冷忽熱 的過程，于是模具表層便累積了相當(dāng)?shù)?循環(huán)熱應(yīng)力 ，該應(yīng)力最終以準(zhǔn)熱疲勞的方式進(jìn)行釋放，形成 冷熱疲勞裂紋 。至于高溫氧化、冷卻劑的腐蝕以及模具與高溫坯料間的摩擦作用則更是加速了冷熱疲勞的這一過程。（ 2）冷熱疲勞裂紋形式 ：網(wǎng)狀（龜裂狀）、平行狀 或放射狀 。常出現(xiàn)在模具上受載荷較大和冷熱溫度變化最大之處， 是熱作模具中最為常見的一種疲勞失效形式。25（二）模具斷裂表現(xiàn)形式模具斷裂表現(xiàn)為 局部掉塊 和整個(gè)模具斷裂成幾大塊 ，如圖 322 所示。三、影響斷裂失效的主要因素模具的斷裂是由裂紋萌生及裂紋擴(kuò)展兩個(gè)過程來實(shí)現(xiàn)的，能對(duì)這兩個(gè)過程產(chǎn)生影響的因素，也就是影響斷裂失效的因素。（一）模具表面形狀由于成形件結(jié)構(gòu)與工藝的需要，模具零件存在截面突變凹槽、圓角半徑及尖角。在這些部位，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋并導(dǎo)致斷裂。因此，適當(dāng)增大圓角半徑、減小凹槽深度及截面突變 、能降低應(yīng)力集中，減少斷裂失效。（二）模具材