模具失效的案例分析

模具失效的案例分析班級：材料11302班組號：第07組組員：陳帥揮徐文涵張棟整理pptH13鋼汽車熱鍛模具失效機理分析1）模具及材料基本概況

2）模具失效的分析手段3）模具失效的分析及結論

4）解決措施整理pptH13鋼汽車熱鍛模具失效機理分析1）模具及材料基本概況：模具材料及模具加工方式：目前，國內汽車熱鍛模具鋼大都采用H系列鋼，具有較高的高溫強度和抗回火能力，紅硬性好，且有良好的抗高溫疲勞腐蝕性能。此次分析的熱鍛模材料均為H13模具鋼,鋼號4Cr5MoSiV1,其標準材料的化學成分如表1所示。熱鍛模具材料的熱處理工藝流程為:去應力退火→淬火→3次回火,模具表面還進行了氮化處理,最終洛氏硬度(HRC)在49～50.整理ppt模具的工作環(huán)境及壽命此次分析的汽車熱鍛模具應用于軸類毛坯件的粗鍛階段，胚料初始溫度1200～1300℃，由于熱作模具的工作面往往與高溫坯料直接觸，模具型腔的瞬時溫度可達600～700℃。另外，模具工作中需采用噴水冷卻，持續(xù)時間大約在0．2～0．4S，這樣使得模具在工作中產生周期性的溫度變化，冷熱交替循環(huán)易引起熱疲勞。模具使用壽命調查發(fā)現(xiàn)，使用壽命較短的熱鍛模具在1600~1800件，使用壽命較長的在5500~7000件，模具平均壽命在4000~5000件，壽命很不穩(wěn)定，而國外同類模具使用壽命一般在1萬件以上。整理ppt2）模具失效的分析手段

表面宏觀分析對失效熱鍛模工作面宏觀形貌觀察，大部分失效熱鍛模都是在表面出現(xiàn)了不同程度的損傷，表面的磨痕清晰可見：溝痕、劃傷、粘著磨損現(xiàn)象。除磨損外，還有大量的冷熱疲勞裂紋，呈網狀(龜裂狀)或放射狀分布。整理ppt裂紋處的顯微形貌

為進一步觀察裂紋部位的細節(jié)，選取了具有典型裂紋的上模下端面的失效部位，用線切割機切割裂紋部位，進行取樣分析，樣件尺寸10mmX10mmX6mm。通Philpsquant-200型掃描電子顯微鏡進行觀測，得到了不同倍數(shù)的掃描電鏡圖片，可以看到，在失效模具表面邊緣處出現(xiàn)大量的蝕點，邊緣磨損嚴重，失去形狀。模具表面分布裂紋，裂紋深淺程度不一，主裂紋周圍伴有大量細小裂紋，靠近模具端部的細小裂紋已經縱橫溝通，由邊緣向內部延伸。裂紋內有氧化物夾雜，并且模具端部裂紋表面有部分脫落，脫落部分面積大約有200mmx80mm大小。模具材料的表層組織發(fā)生變化，有表面氧化現(xiàn)象。

整理ppt能譜分析為了更深入地研究模具失效的原因，鑒定裂紋內外元素含量的變化及合金元素擴散的情況，進行了裂紋區(qū)域的能譜分析(EDS)。為便于比較，在試樣上選取了位于裂紋處及基體上的A,B兩個點進行掃描，利用GENESIS型能譜分析儀，從而得到了裂紋內及基體處的EDS圖譜。整理ppt裂紋A與裂紋B處的元素情況整理ppt

3）模具失效的分析及結論

裂紋處的掃描圖譜中沒有發(fā)現(xiàn)合金元素Mn，Mo，V，Si，裂紋附近的合金元素也發(fā)生了變化——合金元素含量改變。

由此可知，在高溫腐蝕的環(huán)境作用下，失效模具鋼表面的合金元素進行了重新分布，裂紋處的合金元素Mn，Mo，V，Cr的含量大幅降低，導致模具材料的局部強度下降，形成可能的裂紋萌生源。這種初始裂紋在外載荷，尤其是強烈的沖擊載荷和冷熱交替循環(huán)產生的交變熱應力作用下，極易增長。擴展的裂紋逐漸溝通融合，即可產生宏觀裂紋，產生龜裂現(xiàn)象。此外，在高溫腐蝕下模具表面產生氧化物，脆性氧化物的脫落降低了模具表的耐磨性和抗氧化性，加速了表層磨損，最終導致模具失效。對裂紋深處的進一步研究表明，穿過表層的裂紋內未見有脫碳，裂紋內部也未見氧化現(xiàn)象，所以，可以認為裂紋不是由熱處理產生的。裂紋內及裂紋附近均出現(xiàn)了氧元素，裂紋處的含量更高，模具鋼表面發(fā)生了氧化腐蝕，且裂紋處氧化嚴重。整理ppt顯微硬度分析

利用FM-300維氏顯微硬度計測定了裂附近的顯微硬度。從測量結果看，可以觀察到失效模表面有一退化層，其深度在300～800m之間，退化層上分布有裂紋；越靠近材料表面硬度值越低，硬度值的變化范圍在195～455HV之間，而H13模具鋼原始硬度應在500HV左右。而且模具鋼表面經過高溫氧化腐蝕后，材料內化學元素含量的比例發(fā)生改變，合金元重新分布，且越靠近表面的部位合金元素降低越嚴重，硬度也隨之下降的越快，由此可以推斷，硬度的改變是由材料內元素成分的變化引起的，

圖中給出了顯微硬度分布結果。由上述試驗分析可知，在高溫高壓的工作環(huán)境中，材料表面成分改變，局部表面合金元素的降低，直接導致了模具材料性能的下降，在強烈的沖擊及熱疲勞載荷作用下，在該部位首先出現(xiàn)破損，顯然，引起熱鍛模具失效的初始破壞是從材料的表面開始的。初始破損在沖擊載荷和熱疲勞載荷交替作用下，不斷擴展延伸，相互貫通，形成宏觀裂紋，加上表面的高溫氧化作用，形成脆性氧化物，脆性氧化物的抗疲勞性能較差，容易引起脫落，這樣在有些失效模具上就出現(xiàn)了邊緣部位表面的大面積脫落。

某失效模具鋼表層材料的硬度變化曲線整理ppt結論

導致汽車熱鍛模失效的主要原因是：模具型腔表面的熱磨損、高溫氧化及熱疲勞裂紋。整理ppt4）解決的措施模具工作面表層材料的性能對模具的最終服役壽命起到至關重要的作用，要提高模具的工作性能，延長其使用壽命，也應從材料的表面著手。隨著材料表面工程處理技術的發(fā)展，通過表面工程的技術手段，可以很好地改善材料的表面性能，如提高材料的抗高溫腐蝕性能，耐磨損性能，提高疲勞強度等。常用的表面處理手段如表面噴涂，表面溶覆等工藝可顯著地提高材料的硬度及耐磨性，可大大地提高熱鍛模的使用壽命，而且具有良好的經濟性。整理ppt參考文獻

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D型石墨合金灰鑄鐵玻璃模具的裂紋失效分析整理ppt

目錄

1、模具與模具材料

2、模具腔內裂紋分析

3、結論

4、改進措施

整理ppt1、模具與模具材料玻璃模具的常見損傷原因及性能要求在玻璃制品生產過程中，熔融的玻璃料由滴料機送入玻璃模具中，熱量由模具內擴散到外部，快速冷卻使玻璃料成型，然后開模，得到玻璃制品。由于模具內腔頻繁與高溫粘滯玻璃接觸，必定要承受玻璃料的磨損及腐蝕；同時制品在模具內成型，則要經受1100℃左右的熔融玻璃到出模的600℃左右成型制品的快速溫度循環(huán)；因此要求玻璃模具在高溫下具有良好的耐磨損、耐腐蝕、抗氧化性、導熱性以及抗熱疲勞性等性能，另外，玻璃模具還應具有一定的機加工性，材質致密，熱膨脹系數(shù)小，成本低廉等特點。整理ppt

D型石墨合金灰鑄鐵的性能

D型石墨是灰鑄鐵鐵液在較高過冷度的條件下形成的奧氏體枝晶間點狀石墨。在基體組織相同的情況下，D型石墨鑄鐵的強度高于普通A型石墨鑄鐵。加之D型石墨分布更為細小均勻，端部較鈍，不會引起較大的應力集中，而且在共晶團之間不會相互接觸，在組織致密性、抗氧化性、耐熱疲勞性等方面也表現(xiàn)良好。

D型石墨合金灰鑄鐵以其良好的抗氧化性能被廣泛應用于玻璃模具。在D型石墨合金鑄鐵模具的生產過程，通常采用合金化和內腔激冷工藝，以獲得良好的D型石墨形態(tài)，提高模具的抗氧化性、耐磨性和抗熱疲勞性能。但是,如果工藝控制不嚴，會在模具組織中形成晶間碳化物，退火時難以完全消除，導致模具在使用過程出現(xiàn)裂紋，影響模具的使用壽命。

整理ppt模具的生產工藝

鐵水在容重500kg的中頻無芯感應電爐熔煉，加料順序為廢鋼、鐵合金、回爐料、生鐵，鐵水熔煉溫度1500～1520℃。為了縮短出爐到澆注的時間，防止孕育衰退，添加回爐料降低鐵水出爐溫度，出爐時隨鐵水流孕育加入0.4-0.6wt%的SH孕育劑。采用冷鐵在上的單箱無冒口樹脂砂成形工藝鑄造成形，澆注速度約25s/模，500kg鐵水在3-5min內澆完。合金鑄鐵的化學成分如下表所示。模具落砂清理后進行退火處理。采用功率為120kW的臺車式電阻退火爐，以約110℃/h的升溫速率由室溫加熱到910℃，保溫6-8h，然后隨爐冷到至400℃以下后出爐空冷。鐵液化學成分整理ppt圖為合金鑄鐵模具退火的組織。退火后的組織為鐵素體基體，但組織中仍殘存少量的珠光體和碳化物。整理ppt2、模具腔內裂紋分析

裂紋的宏觀形貌

在服役過程中，出現(xiàn)早期內腔裂紋失效的模具如右圖所示。圖中，模具內腔表面存在三條肉眼可見的裂紋。一旦出現(xiàn)這種裂紋，就會在玻璃制品表面留下印跡，影響制品表面質量；如果繼續(xù)使用，模具還會出現(xiàn)斷裂的危險。

模具內腔裂紋宏觀形貌

整理ppt裂紋的微觀形貌

為了分析上述目標裂紋的形成原因，在模具內腔表面截取裂紋試樣進行了微觀分析。用線切割在模具內腔表面截取包含裂紋的矩形試樣若干，試樣尺寸為30mm×30mm×30mm。經研磨、拋光，在金相顯微鏡下觀察裂紋走向及微觀石墨形態(tài)和分布；再經5%硝酸酒精溶液浸蝕后，在金相顯微鏡及SEM下觀察裂紋形貌及基體組織形態(tài)，同時采用EDS分析未知相的成分。整理ppt

由于目標裂紋較長，將裂紋分為了三個部分。

圖示為裂紋的起始擴展示意圖，裂紋是沿奧氏體枝晶交界處傳播的，這是因為奧氏體枝晶間存在元素和夾雜的偏析，結合強度相對較低。圖示為裂紋的末端，從圖中可以看出，裂紋較細、無分枝，裂紋周邊的組織無明顯的相變。圖示為裂紋的中段，裂紋周邊的組織未發(fā)生明顯的組織變化，但裂紋在傳播的過程中發(fā)生分枝。整理ppt圖示為裂紋周邊與遠離裂紋處的組織對比，a為裂紋周邊,b為遠離裂紋處。

由此可見，裂紋周邊因熱疲勞而發(fā)生了組織變化，這種相變會產生較大的應力，當應力得不到釋放時，就會在模具表面產生裂紋。

由上述金相組織分析，可以得出：在裂紋前段，裂紋附近組織在熱循環(huán)作用下已發(fā)生較嚴重的組織相變；有可能是裂紋產生的根源。在裂紋末端，組織正常，是初始裂紋在應力的作用下沿晶間弱結合面擴展的結果。整理ppt

對裂紋試樣進行SEM分析。圖為裂紋附近的組織。在裂紋兩側可以清楚地看到鐵素體枝晶以及明顯的氧化斑，而在晶界處存在大量細小的白色顆粒。經成分分析可知，塊狀和粒狀夾雜均為碳化物顆粒，碳化物中含有少量的Mo和Ti，即含Mo和Ti的合金滲碳體。塊狀碳化物和顆粒狀碳化物的形成過程不同，塊狀碳化物應為鑄造過程產生的，而在退火過程中未完全溶入奧氏體，殘留在晶界。小的顆粒狀碳化物則是由于模具在使用過程中，受熱時，碳或碳化物向奧氏體中溶解；在模具激冷時，溶解在奧氏體中的碳以二次碳化物的形式析出。

由圖可以看出，在晶界處存在塊狀和不同粒徑的顆粒狀夾雜物。整理ppt

觀察裂紋附近組織晶界處形貌，可以看出，組織中包含塊狀磷共晶、碳化物、析出碳化物、二次石墨等，其中塊狀磷共晶和碳化物為鑄態(tài)，退火處理中未完全消除；二次石墨可能是在退火過程中形成的，也有可能是在模具使用過程中形成的。整理ppt在700℃以上的高溫下，基體鐵和石墨都會發(fā)生劇烈的氧化，而且石墨越數(shù)量多，石墨片越粗大，氧化越嚴重。在模具服役過程中，模具材料會反復地經過鐵素體和奧氏體轉變區(qū)域，碳不斷地溶解與析出，勢必會造成體積膨脹與組織內部應力；由于石墨對基體有非常強烈的割裂作用，且石墨片越粗大，端部越尖銳，這種割裂效果越明顯，從而降低材料的強度，成為基體的裂紋源；

基體組織中若存在大塊狀碳化物，這種高溫下不穩(wěn)定的異質相在模具工作過程中會部分發(fā)生石墨化轉變，導致模具高溫生長；同時在晶界析出的塊狀碳化物會引起脆性，在熱應力的作用下加速裂紋源的萌生與擴展；常溫下晶界強度大于晶粒強度，因此晶粒越細小，晶界就越多，強度也相對越高；但在高溫下，隨著溫度的提高，材料晶界強度和晶粒強度同時下降，而且晶界強度下降的更為顯著。當超過等強溫度時，晶界強度低于晶粒強度，位錯容易在晶界滑動，產生裂紋源，并最終導致材料的沿晶開裂。

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結論

從上述分析可知，模具在使用過程產生裂紋的原因是：在反復的受熱