第五章 塑性變形失效

1、第五章第五章塑性變形失效和斷裂失效塑性變形失效和斷裂失效一、模具塑性變形失效的形式 凹模在服役中出現(xiàn)的型腔塌陷、型孔脹大、棱角倒塌以及沖頭在服役中因出現(xiàn)沖頭鐓粗、縱向彎曲，而不能繼續(xù)服役者，均屬塑性變形失效。(二、模具塑性變形失效的原因 （一）冷作模具塑性變形失效的原因 冷作模具出現(xiàn)塑性變形失效的主要原因有： 1. 模具材料的強(qiáng)度水平不高； 2. 模具材料雖選擇正確，但熱處理工藝不正確，未充分發(fā)揮模具剛的強(qiáng)韌性； 3. 沖壓操作不當(dāng)，發(fā)生意外的超載。 模具鋼的屈服強(qiáng)度，一般隨碳含量及某些合金元素含量的增多而升高。在硬度相同的條件下，不同化學(xué)成分的鋼具有不同的抗壓強(qiáng)度。 （二）熱作模具塑性失效的

2、原因 熱作模具發(fā)生塑性變形的原因，除上述外還有一很重要的原因即高溫軟化。 在熱鍛壓作業(yè)中，模具的工作面與高溫的坯料接觸，使型腔表面溫度往往超過熱作模具鋼的回火溫度。在如此高的溫度下，模具鋼的強(qiáng)度僅為室溫強(qiáng)度的1/2或1/3，很容易在外力作用下發(fā)生塑性變形。 模具在工作時，表面的瞬時溫度很難直接測量，一般可根據(jù)模具的硬度變化幅度來判斷其溫度場。三、模具塑性變形失效的過程 （一）冷作模具塑性變形過程 冷作模具的塑性變形在室溫下進(jìn)行，是金屬材料在室溫下的屈服過程。冷作模具是否發(fā)生塑性變形，主要取決于模具承受的機(jī)械載荷以及模具材料的室溫強(qiáng)度。 （二）熱作模具塑性變形過程 熱作模具的塑性變形在較高的溫度

3、下進(jìn)行，起主導(dǎo)作用的是熱載荷。因此，熱作模具是否發(fā)生塑性變形，主要決定于模具的溫度和模具材料的高溫強(qiáng)度。 模具在服役過程中突然出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，使模具立即喪失服役能力，屬于斷裂失效。常見的斷裂失效形式有：崩刃、崩齒、劈裂、折斷、脹裂等。 二、模具斷裂失效的原因 模具斷裂失效的原因很多，可以分為四大類，每一類的具體原因及影響因素如下表所示：一、模具斷裂失效的形式分類具體原因影響因素模具結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中尺寸過渡差別過大；圓角半徑過小強(qiáng)度不足承載面積過小模具材料選材不當(dāng)材料韌性太低；材料強(qiáng)度太低材質(zhì)不良材料有冶金缺陷制造工藝應(yīng)力集中圓角半徑不合格；組織缺陷晶粒粗大；表面脫碳；網(wǎng)狀碳化物；

4、流線分布不合理操作方法啃模沖床精度不符合要求，模具安裝不正確超載坯料放置不正確；沖床剛度低模具表面出現(xiàn)拉應(yīng)力模具冷卻不當(dāng)；工作溫度太高發(fā)生回火轉(zhuǎn)變 模具在服役過程中突然出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，使模具立即喪失服役能力，屬于斷裂失效。常見的斷裂失效形式有：崩刃、崩齒、劈裂、折斷、脹裂等。 三、模具斷裂失效的過程 模具的斷裂過程，可分為一次性斷裂和疲勞斷裂兩類。 （一）一次性斷裂 有時模具在沖壓時突然斷裂，即裂紋一旦萌生后發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，謂一次性斷裂。它的主要原因是嚴(yán)重超載或模具材料嚴(yán)重脆化（如過熱、過燒、回火不足、嚴(yán)重的應(yīng)力集中及嚴(yán)重的冶金缺陷等）。（二）疲勞斷裂 模具服役過程中，在應(yīng)力最

5、大處或應(yīng)力集中處萌生裂紋，在沖壓力的作用下，微裂紋緩慢擴(kuò)展，模具的有效承載面積逐漸縮小，直至外加應(yīng)力超過模具材料的斷裂強(qiáng)度，模具便發(fā)生斷裂?；蚴请S著裂紋的逐漸擴(kuò)展，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子不斷增大，直至超過材料的斷裂韌性值時，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展， 導(dǎo)致模具發(fā)生脆性斷裂。 疲勞斷裂的全過程，其壽命長短不一。通常冷作模具從萌生疲勞裂紋直到最后斷裂，只需較短時間，這是由于冷作模具材料的斷裂韌性較低所致。 熱作模具的尾部(不承受高溫作用)，如存在引起應(yīng)力集中的因素，可能發(fā)生機(jī)械疲勞斷裂。在熱作模具的工作部分，如出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力，有可能發(fā)生一次性開裂。 多種損傷形式的交互作用 模具的工作條件極為復(fù)

6、雜。因此，一個模具上可同時出現(xiàn)多種損傷形式。這些損傷又相互促進(jìn)，加速模具的失效。 一、損傷過程之間的交互作用 下列損傷過程可發(fā)生交互作用，促進(jìn)各自的發(fā)展。 1、磨損對疲勞及冷熱疲勞的促進(jìn)作用。 磨損溝痕可成為疲勞裂紋及冷熱疲勞裂紋的發(fā)源地，加速上述裂紋的萌生。如磨損溝痕既深又尖銳，它本身就可成為一次性斷裂的起裂點。 2、冷熱疲勞和疲勞對磨損和斷裂的促進(jìn)作用。 模具表面出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋后，表面的光潔程度嚴(yán)重惡化，磨損將加劇。 冷熱疲勞及疲勞裂紋的尖端，將引起應(yīng)力集中，可成為斷裂源，促進(jìn)了早期斷裂。 二、主要失效原因的分析和判斷 一批模具的平均壽命，包括了各種失效形式的壽命，在探討提高模具壽命的技

7、術(shù)措施方案時，應(yīng)當(dāng)了解在這一批模具中，各種失效形式的壽命范圍以及各種失效形式所占的百分?jǐn)?shù)。這樣，才能抓住主要的失效形式（對壽命危害最大的失效形式）。 1、一種失效形式存在有多種原因交互作用時，必須查明其主要原因，為此： 在分析冷作模具的斷裂失效原因時，應(yīng)了解在斷裂過程中共有哪幾種損傷過程參與交互作用。應(yīng)確定每種損傷形式在交互作用中的作用地位。如果確認(rèn)磨損加速了疲勞裂紋的萌生，則磨損應(yīng)作為主要問題去解決。如確認(rèn)磨損雖很嚴(yán)重，但疲勞裂紋并不萌生于磨損溝痕處，則可排除磨損對斷裂的影響，需另找其它原因。 2.在分析熱作模具的斷裂失效原因時，首先應(yīng)了解裂紋與冷熱疲勞的關(guān)系。如果確認(rèn)斷裂起源于冷熱疲勞裂紋，則應(yīng)將提高冷熱疲勞抗力或推遲冷熱疲勞，列為主要解決的問題。如果確認(rèn)斷裂與冷熱疲勞無關(guān)時，才另外找其它的原因。 3.在分析各類模具的