第四章 模具材料失效性能指标及其测试方法
模具失效概述
① 合理选用模具材料 选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低粘结的可能 性。
② 合理选用润滑剂和添加剂 润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方面可 减小摩擦，成倍提高抗粘着磨损的能力。
③ 采用表面处理 通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮 化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化 物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减 磨作用也减小粘着磨损。
模具失效形式及机理
五、气蚀磨损和冲蚀磨损
（二）冲蚀磨损 定义：液体或固体微粒高速落到模具表面，反复冲
击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹 坑的现象叫冲蚀磨损。
当小液滴速度特别高，高于100m/s 时，产生的冲击 应力会超过材料的屈服强度，造成局部材料断裂。
模具失效形式及机理
五、气蚀磨损和冲蚀磨损 （三）提高抗气蚀磨损和冲蚀磨损的措施
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损 (一) 磨粒磨损的机理
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
(二) 影响磨粒磨损的因素 ① 磨粒大小与形状 ② 磨粒硬度和模具材料硬度 ③ 模具与工件表面压力 ④ 磨粒尺寸与工件厚度的相
对比值
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
(三) 提高耐磨粒磨损的措施 ① 提高模具材料的硬度 ② 进行表面耐磨处理 ③ 采用防护措施
模具服役时一般都会出现氧化磨损。
一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损 一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护 摩擦副的作用。
主要特征是模具表面有明显的划痕或犁沟，磨损物为条 状或切屑状。
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
(一) 磨粒磨损的机理（图3-1、图3-2）
模具失效分析实验报告
模具失效分析实验报告1. 实验目的本实验旨在通过模具失效分析，探究模具失效原因，提升模具寿命和生产效率。
2. 实验原理模具失效是指模具在使用过程中发生的各种故障和损坏现象，主要包括磨损、断裂、变形等。
模具失效的原因多种多样，常见的包括材料质量、设计缺陷、使用条件等方面。
本实验采用模具失效分析技术，通过观察和测试，对失效模具进行分析，确定失效原因，并提供相应的改进措施。
3. 实验步骤3.1 模具选取与准备从生产线上选取三个出现失效的模具作为实验样本，确保这些模具具有代表性。
3.2 外观检查对选取的模具进行外观检查，观察是否有明显的表面磨损、裂纹、变形等现象，并记录下来。
3.3 尺寸测量使用测量仪器对模具的关键尺寸进行测量，并与设计要求进行比对，记录下偏差值。
3.4 材料分析通过对模具材料进行化学成分分析和显微结构观察，判断是否存在材料质量问题，并记录下分析结果。
3.5 应力分析利用有限元软件对模具进行应力分析，分析模具在使用过程中的受力情况，并找出可能存在的应力集中区域。
3.6 用户反馈分析与模具使用人员进行交流，了解他们对模具失效的主观评价和使用情况，寻找可能的改进方向。
3.7 综合分析将以上各项分析结果综合起来，对模具失效原因进行初步判定，并提出相应的改进建议。
4. 实验结果与讨论通过上述实验步骤，得到了以下模具失效分析结果：- 模具外观检查发现，样本1有较严重的表面磨损和裂纹，而样本2和样本3则表现较好。
- 尺寸测量结果显示，样本1存在较大的尺寸偏差，而样本2和样本3与设计要求基本一致。
- 材料分析结果表明，样本1的材料成分出现异常，可能质量存在问题。
- 应力分析显示，样本1的应力分布不均匀，存在较大的应力集中区域。
- 用户反馈分析发现，样本1的使用寿命明显较短，存在易损部件设计不合理的问题。
综合以上分析结果，初步判定样本1的失效原因是由于材料质量问题和设计缺陷导致的。
为提升模具寿命和生产效率，建议采取以下改进措施：- 对模具材料进行检测和筛选，确保材料质量稳定。
模具检验标准
模具检验标准
模具是制造工业中常用的一种生产工具，它的质量直接影响到
产品的质量和生产效率。
因此，模具的检验标准显得尤为重要。
模
具的检验标准主要包括外观检验、尺寸检验、材质检验和性能检验
等方面。
下面将分别介绍这几个方面的检验标准。
首先，外观检验是模具检验的第一步，外观检验主要是检查模
具表面是否有裂纹、气泡、凹凸不平等缺陷，以及模具的表面光洁
度和表面涂层是否完好。
外观检验的合格标准是模具表面应该平整、无裂纹和气泡，表面光洁度达到要求，涂层完好无损。
其次，尺寸检验是模具检验的核心内容之一，尺寸检验主要是
检查模具的各个尺寸是否符合设计要求。
尺寸检验的标准是模具的
尺寸应该与设计图纸上的要求一致，尺寸公差应在允许范围内，不
得超出设计要求的尺寸偏差。
再次，材质检验是模具检验的另一个重要方面，材质检验主要
是检查模具所使用的材料是否符合要求。
材质检验的标准是模具所
使用的材料应该符合相关的国家标准或行业标准，材料的化学成分、机械性能等应符合设计要求。
最后，性能检验是模具检验的综合性内容，性能检验主要是检查模具的工作性能和使用寿命。
性能检验的标准是模具在工作过程中应该稳定可靠，使用寿命应该达到设计要求，不得出现卡滞、断裂等故障。
总的来说，模具的检验标准是保证模具质量的重要手段，只有严格按照标准进行检验，才能保证模具的质量和稳定性，提高产品的质量和生产效率。
因此，模具制造企业应严格执行模具的检验标准，加强对模具质量的管理，提高模具的制造水平和产品质量，以满足市场的需求。
模具质量鉴定
模具质量鉴定模具是工业生产中常用的一种制造工具，它的质量直接关系到产品的制造精度和质量稳定性。
模具质量鉴定是对模具的各项性能进行检测和评价，以确保模具能够满足生产需求，并提高产品的质量和效率。
一、外观质量鉴定模具的外观质量是模具使用寿命和产品表面质量的重要指标之一。
外观质量鉴定主要包括以下几个方面：1.模具表面的光洁度。
模具表面应平整光滑，无明显的凹凸、划痕和气泡等缺陷。
2.模具表面的颜色。
模具表面应均匀一致，无色差和斑点等缺陷。
3.模具表面的腐蚀和锈蚀。
模具表面应无腐蚀和锈蚀现象，以保证模具使用寿命和产品质量。
二、尺寸精度鉴定尺寸精度是模具质量的重要指标之一，直接影响到产品的准确度和精度。
尺寸精度鉴定主要包括以下几个方面：1.模具的外形尺寸。
模具的外形尺寸应符合设计要求，尺寸偏差在允许范围内。
2.模具的内部尺寸。
模具的内部尺寸应与设计要求一致，尺寸偏差不得超过规定范围。
3.模具的配合尺寸。
模具的配合尺寸应符合设计要求，配合间隙适当，以保证产品的装配和使用性能。
三、材料质量鉴定模具的材料质量直接影响到模具的使用寿命和产品质量。
材料质量鉴定主要包括以下几个方面：1.模具材料的硬度。
模具材料的硬度应符合设计要求，以保证模具的抗压和抗磨损性能。
2.模具材料的强度。
模具材料的强度应符合设计要求，以保证模具在使用过程中不会发生断裂和变形等问题。
3.模具材料的耐磨性。
模具材料的耐磨性应符合设计要求，以确保模具在使用过程中能够保持较长的使用寿命。
四、加工精度鉴定加工精度是模具制造过程中的重要环节，直接影响到模具的质量和精度稳定性。
加工精度鉴定主要包括以下几个方面：1.模具的加工精度。
模具的加工精度应符合设计要求，以保证模具的装配和使用性能。
2.模具的装配精度。
模具的装配精度应符合设计要求，以确保模具在使用过程中能够正常工作。
3.模具的使用精度。
模具的使用精度应符合设计要求，以保证产品的尺寸精度和质量稳定性。
模具质量鉴定是确保模具能够满足生产需求，并提高产品的质量和效率的重要环节。
5CrMnMo模具材料及其失效分析
5CrMnMo模具材料及其失效分析《模具材料及其失效分析》结课⼤作业系别：班级：姓名：学号：任课教师：2013年4⽉26⽇1、 5CrMnMo钢简介模具钢材5CrMnMo是在中碳钢的基础上主要加⼊Cr、Mn、Mo三元素⽽研制成的，也可看作把5CrNiMo钢中的Ni元素由Mn元素取代⽽形成的。
该钢是热作模具钢，除淬透性，耐热疲劳性稍差外，5CrMnMo钢具有与5CrNiMo钢类似的性能，淬透性稍差。
此钢适于制作要求具有较⾼强度和⾼耐磨性的各种类型锻模。
要求韧性较⾼时，可采⽤电渣重熔钢。
5CrMnMo钢中碳含量保持在0.40%~0.60%，可获得较⾼的强度与耐热疲劳强度、⼀定的硬度与耐磨性、良好的韧性钢与导热性。
适合制造边长≤400mm 的中型锤锻模即热切边模。
化学成分：C（0.50~0.60）、Si（0.25~0.60）、Mn（1.20~1.60）、S（≤0.030）P（≤0.030）、Cr（0.60~0.90）、Ni（允许残余含量≤0.25）Cu（允许残余含量≤0.30）、Mo（0.15~0.30）2 、5CrMnMo钢锻造和热处理特点5CrMnMo钢相变点为AC1710℃、Ac3760℃、Ar1650℃、Ms220℃。
5CrMnMo钢始锻温度1050~1100℃，终锻温度800~850℃，锻造后坑中冷却或砂中冷却。
常见的热处理⼯艺及特点：a、等温退⽕：加热850~870℃，保温3h，650~680℃等温，保温5h，炉冷⾄550℃以下出炉空冷197~255HBS Ac1710℃，Ac3760℃，加热温度在Ac3线以上，等温温度低于Ar1727℃，以获得珠光体+铁素体组织；b、普通退⽕：加热810~830℃，保温3h，炉冷⾄550℃以下出炉空冷197~241HBS Ac1710℃，Ac3760℃，加热温度Ac3线以上，得到珠光体+块状铁素体组织；c、去应⼒退⽕：加热720~740℃，保温3h，炉冷⾄550℃以下出炉空冷197~255HBS消除从残余应⼒，消除加⼯硬化；d、淬⽕：加热820~850℃，保温，油冷⾄150~180℃，出油，加热时Cr、Mn、S、Mo元素溶⼊奥⽒体中，提⾼淬透性，改善回⽕稳定性。
第四章 模具材料抗失效性能指标和测试方法 模具寿命与失效 教学课件
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❖ 材料断裂的三种情况
1）脆性正断 当载荷增大，σmax>Sk，τmax<τs时，
材料发生正断，断裂前无塑性变形， 是脆性断裂。
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2）韧性切断
当载荷增大，τmax>τs，τmax>τk， σmax<Sk时，材料先发生塑性变形， 然后发生切断，是韧性断裂。
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❖ 例如：模具用钢
Cr6WV、Crl2MoV、W18Cr4V 淬火+低温回火后的硬度同为63HRC
时， 三者的抗压屈服强度依次递增。
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第二节 材料抵抗断裂失效的性能指标
模具的断裂失效是因为模具中的应力超过 了材料相应的断裂抗力。
模具承受载荷或应力的性质不同，模具断 裂的形式不同，则材料的断裂抗力指标也 不同。
手段的影响很小。
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二、塑性变形的抗力指标
模具发生塑性变形的根 本原因，是由于在外力 作用下，模具整体或局 部产生的应力值大于模 具材料屈服点的应力值 （图中的σS）。
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塑性变形的抗力指标
塑性变形失效的原因
模具材料本身的屈服强度不高，或热 处理不当而未能发挥材料的强度潜力 是塑性变形失效的主要原因；
➢ 适宜用压缩试验测定其压缩屈服点。 ➢ 压缩试验的性能数据与冲头工作时所表现出
来的塑变抗力基本吻合。
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冷作模具钢的塑性变形抗力指标
➢ 脆性较大的材料常用弯曲试验测定其抗 弯屈服点。
模具检测方法与步骤
模具检测方法与步骤模具检测是指对制造出来的模具进行质量检验的过程。
通过模具检测，可以确保模具的精度和功能达到设计要求，提高产品质量，并确保生产过程的稳定性。
下面是模具检测的常见方法和步骤的详细介绍。
一、模具检测方法：1.外观检测：主要是通过肉眼检查模具的表面和外形，检查是否有明显的凹凸、气泡、破损、机械伤害等缺陷。
通常可以使用放大镜和显微镜等工具进行观察，以尽可能准确地捕捉细微的外观缺陷。
2.尺寸检测：尺寸检测是模具检测的重点。
主要通过测量模具的长度、宽度、高度、直径、孔径等关键尺寸，与设计图纸进行比对，以确定模具的精度是否满足要求。
常用的尺寸检测工具有千分尺、游标卡尺、量规等。
3.耐久性检测：耐久性检测主要是通过模具进行一定次数的连续模压或注射成型，观察模具在使用过程中是否会产生疲劳、变形、断裂等现象，以评估模具的寿命和可靠性。
4.材料组织检测：通过显微镜等工具观察模具材料的组织结构，检测是否存在杂质、缺陷、过烧等问题，以确保材料的质量符合要求。
5.功能性检测：功能性检测是指对模具所制造的产品进行实际使用测试，检测产品在使用过程中是否符合设计要求和性能指标。
常见的功能性检测有产品装配测试、产品运行测试、产品可靠性测试等。
二、模具检测步骤：1.预检：模具检测前，需要进行预检过程。
首先对模具进行外观检查，检查是否有明显的损坏、破损、裂纹等。
然后对模具进行清洁，确保无杂质和腐蚀物。
最后，对模具的所有机械部件进行润滑处理。
2.设定检测方案：根据模具的设计要求和功能需求，制定相应的检测方案。
确定要进行的检测项目、检测方法和检测工具等。
3.外观检测：使用放大镜、显微镜等工具，对模具的整体外观进行检查。
观察是否有明显的凹凸、气泡、破损、机械伤害等缺陷。
4.尺寸检测：根据模具的设计图纸，使用相应的量具进行尺寸检测。
将测量结果与设计要求进行比对，判断模具的尺寸精度是否符合要求。
5.耐久性检测：根据模具的使用要求，进行一定次数的连续模压或注射成型，观察模具在使用过程中是否会产生疲劳、变形、断裂等现象。
模具材料的主要性能指标
热膨胀系数
热膨胀系数
指材料受热后膨胀的程度，通常以线膨胀系数或体积膨胀 系数表示。
热膨胀系数对模具材料的影响
在模具工作过程中，由于温度变化引起的热膨胀和收缩会影响 模具的尺寸精度和使用寿命。热膨胀系数越小，材料受温度影
响越小，尺寸稳定性越好。
常见模具材料的热膨胀系数
例如，钢材的热膨胀系数一般为1.1-1.3×10^-5/℃，而铝 材的热膨胀系数一般为2.3-2.9×10^-5/℃。
抗冲击强度高的模具材料能够承 受更大的冲击力，不易破裂或损
伤。
在冷冲压、折弯等需要承受瞬间 冲击的加工过程中，抗冲击强度
对模具材料的性能至关重要。
04
模具材料的化学性能
耐腐蚀性
01
02
03
04
耐腐蚀性是指模具材料抵抗各 种化学介质侵蚀的能力。
模具材料应具备良好的耐腐蚀 性，以确保在生产过程中能够 长期保持其形状和尺寸的稳定
如塑料、陶瓷、石墨等，具有较好的 耐高温和化学稳定性，适用于制造需 要承受高温或腐蚀环境的模具。
模具材料的应用领域
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汽车制造业
用于制造汽车零部件的模具， 如车身覆盖件模具、发动机零
件模具等。
电子制造业
用于制造电子产品外壳、连接 器、端子等模具。
包装行业
用于制造包装容器、包装盒等 模具。
热传导性
热传导性
指材料在温度梯度下导热的能力，通常用导热系数表示。
热传导性对模具材料的影响
热传导性好的材料能够快速地将热量传递到模具的各个部 分，有助于缩短成型周期和提高产品质量。但同时也要考 虑散热问题，防止模具过热。
常见模具材料的热传导系数
模具材料及模具失效分析课件
冷作模具 钢
高碳高合金钢
中碳合金钢
低碳合金钢
热作模具钢
高韧性热作模具钢
高耐热性热作模具钢
如3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等，适用 于制造高速锤锻模、热冲裁模等，具 有高耐热性和高硬度。
塑料模具 钢
预硬型塑料模具钢
如3Cr2Mo、P20等，适用于制造大型塑料模具，预硬处理后可直接进行机械加 工，提高了生产效率。
02
模具材料及失效分析在工业生产中的应用
03
新型模具材料发展趋势展望
高性能模具材料的研究与应用
1
绿色环保模具材料的推广
2
智能化模具材料的发展
3
THANKS
感谢观看
模具在使用过程中，由于应力集中、 材料疲劳等原因导致裂纹产生，严重 时会导致模具断裂。
粘着
模具在高温、高压下与材料接触，容 易发生粘着现象，导致产品表面质量 下降、模具失效。
模具失效原因
01
材料原因
02
设计原因
03
制造原因
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使用原因
模具失效预防措施
合理选材
提高制造精度
优化设计 规范使用
模具材料检测方法
模具材料及模具失效分析课件
• 模具材料概述 • 常见模具材料介绍
• 模具失效分析案例分享 • 总结与展望
模具材料分 类
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冷作模具材料
热作模具材料
03 塑料模具材料
模具材料性能要求
良好的切削加工性能
。
高强度和韧性
高耐磨性 良好的抗热疲劳性能
模具材料选用原则
根据模具工作条件和失效形式选用
易切削型塑料模具钢
模具材料及模具失效分析
模具材料及模具失效分析一、模具材料模具是工业生产过程中常见的一种工具，用于制造各种产品的零部件。
模具的材料选择非常重要，直接关系到模具的使用寿命和制造成本。
现代模具材料主要包括金属材料和非金属材料两大类。
1.金属材料金属材料通常具有良好的韧性和耐磨性，可以承受较大的应力和变形，常用的金属材料有：(1)工具钢：工具钢是最常见的模具材料之一，具有高硬度、耐磨性好、韧性适中等特点。
根据具体的工作条件和要求，可以选用热处理工具钢、非调质工具钢或高速钢等不同种类的工具钢。
(2)铸造钢：铸造钢适用于大型模具的制造，具有较高的强度和耐磨性。
根据具体需要，可以选择低合金铸造钢、合金钢或特殊耐磨铸造钢等。
(3)铝合金：铝合金具有良好的加工性能和寿命，适用于制造小型模具。
常用的铝合金有铝青铜、铝镁合金等。
2.非金属材料非金属材料通常具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，可以避免产品受到外部环境的干扰，常用的非金属材料有：(1)塑料模具材料：塑料模具材料具有良好的耐腐蚀性和绝缘性能，适用于制造精密零件。
常用的塑料模具材料有聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯等。
(2)橡胶模具材料：橡胶模具材料具有良好的弹性和耐磨性，适用于制造高要求的橡胶制品。
常用的橡胶模具材料有丁腈橡胶、硅橡胶等。
模具失效是指模具在使用过程中出现的各种损坏、故障和失效现象。
模具失效会导致产品质量下降、生产效率降低等问题。
模具失效通常可以分为以下几个方面进行分析：1.磨损失效：模具在使用过程中，由于受到较大的力和摩擦作用，会产生磨损现象。
磨损主要分为表面磨损和体积磨损两种类型，可以通过表面硬度测试、磨损重量测量等方法进行分析。
2.疲劳失效：模具在长期使用过程中，由于频繁的应力变化和变形，会产生疲劳现象。
疲劳失效一般表现为裂纹、断裂等现象，可以通过金相组织观察、断口形貌分析等方法进行分析。
3.塑性变形失效：模具在使用过程中，由于受到较大的应力和变形，会产生塑性变形现象。
塑料模具工作条件、失效形式和性能要求
• 三、对塑料模具材料的性能要求 • 根据上述各类塑料模的工作条件和失效形式， 塑料模具材料应有下列性能要求。 • 1．使用性能要求 • 1)足够的强度和硬度，以使模具能承受工作 时的负荷而不致变形。通常塑料模的硬度在 • 38～55HRC范围内。形状简单抛光性能要求高 的，工作硬度可取高些；反之，硬度可取低 • 些。 • 2)良好的耐磨性和耐腐蚀性，以使模具型腔 的抛光表面粗糙度和尺寸精度能保持长期使用 而不改变。
• 3)足够的韧性，这是保证模具在使用过程中不 会过早开裂的重要性能指标。 • 4)较好的耐热性能和尺寸稳定性。要求模具材 料有较低的膨胀系数和稳定的组织。塑料 模具 材料中钢的膨胀系数较小，镀青铜次之，铝合 金和锌合金的膨胀系数则较大。 • 5)良好的导热性，以使塑料制件尽快地在模具 中冷却成型。
• 2)机械加工性能:塑料模具型腔的几何形状大多比较 复杂，型腔表面质量要求高，难加 工部位相当多;因 此，模具材料应具有优良的切削加工性和磨削加工 性能。对较高硬度的预 硬化塑料模具钢，为了改善 切削加工性能，通常向钢中加入S、Pb 、Ca 、Se等 元素，从而得 到易切削预硬化钢。 • 3)焊接性能:塑料模型腔在加工中受到损伤时，或在 使用中被磨损需要修复时，常采用 焊补的方法〈局 部堆焊) ，因此模具材料要有较好的焊接性能。 • 4)热处理工艺性能:热处理工艺应简单，材料有足够 的淬透性和淬硬性，变形开裂倾向 小，工艺质量稳 定。
二、塑料模常见的失效形式 • 1．磨损及腐蚀 • (1)磨损 热固性塑料中一般是含有一定量固体填 充剂，在加热后的塑料中成为‘‘硬质点”，冲入 模具型腔后，与模具型腔表面摩擦较大，致使型腔 表面拉毛，粗糙度变大；并且一旦出现这种现象， 会使塑料与型腔之间加大摩擦，使被压制的塑料件 表面粗糙度不合格而报废。因此，一经发现模具型 腔表面有拉毛现象，应及时卸下抛光。而经过多次 抛光后型腔扩大，对尺寸要求严格的塑料件即为超 差，模具因此而报废。因此，当在塑料中加云母粉、 石英粉、玻璃纤维等各种无机物作填充剂时，要特 别注意模具型腔的磨损问题。 • (2)腐蚀 不少塑料中含有氯、氟等元素，加热至 熔融状态后会分解出腐蚀性气体，腐蚀模具型腔表 面，这就加大了其表面粗糙度，也加剧了模具型腔 的磨损，导致失效。
模具材料及模具失效分析
机械制造工程系 模具材料
武汉软件工程职业学院 模具材料与模具失效分析
成分及组织分析
①铬能提高钢的淬透性, 也是促成碳化物不均匀分布的 主要元素。
②加入钼、钒能进一步提高钢的淬透性,细化晶粒和共晶 碳化物,改善韧性,提高回火稳定性。
③Cr12MoV钢淬火后含有大量的残留奥氏体,热处理畸 变小。
④Cr12MoV钢属高碳高铬钢,耐磨性高,韧性差。组织中 含有大量的碳化物,碳化物偏析较严重,特别在模具尺寸较大 时导致锻造变形的方向性和强韧性降低。
机械制造工程系 模具材料
武汉软件工程职业学院 模具材料与模具失效分析
2. 模具的主要失效形式
➢ 模具失效 指模具工作部分发生严重磨损或损坏而不能用一般修
复方法（刃磨、抛磨）使其重新服役的现象。 模具的失效分：偶然失效 工作失效
➢ 模具寿命 指模具自正常服役至工作失效期间内所能完成制件
加工的次数。若模具在使用中需刃磨或翻修，则模具总 寿命为各次刃磨或翻修间隔内完成制件加工次数的总和。
武汉软件工程职业学院 模具材料与模具失效分析
3.模具失效分析 模具失效分析的步骤一般是：
生产现场 调查
模具用材 和制造工 艺调查
对模具进行 失效分析
机械制造工程系 模具材料
武汉软件工程职业学院 模具材料与模具失效分析
外观 断口
综 合 分
综合各方面的
分析结果，可判 断模具失效的原 因以及影响失效
金相
1. 模具的服役条件 ➢ 了解模具的服役条件，对正确选用模具材料及 热处理工艺相当重要。 ➢ 对模具服役条件的掌握也是对模具进行失效 分析的前提。 ➢ 一般情况下，模具的服役条件与安装模具的机 床类型、吨位、精度、行程次数、生产效率、被加 工件大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条 件、锻造成形温度、冷却及润滑条件等等都有关系， 因而模具服役条件也就会有很大的不同。
模具寿命与失效6(66)
图4-40（b）中，C-L 表示裂纹面的法线方 向为圆周切线方向， 预期的裂纹扩展方向 为圆柱体的长度方向。
L-长度方向(纵向) S-板厚方向
■
T-宽度方向(横向)
R-圆的直径方向
■
C-圆周切线方向
断裂韧试验试样的制备
疲劳预制裂纹的步骤
1)在试样进行最终处理之前，用模拟形 状的刀具或电火花机床在试样表面中部 制造一个人造裂纹源。 2)经过最终热处理和加工裂纹源后的试 样，再采用三点弯曲加载方式疲劳预制 裂纹。
测量铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时， 常采用10mm×l0mm×55mm的无缺口冲击试样。
五、冲击韧性及低温脆性
2）多次冲击试验
试验在落锤式多次冲击试验机PC-150上进行。
冲击频率为450周次／min和600周次／min。 冲击能量靠冲程调节变换（0.1～1.5J）， 可做多冲弯曲、拉伸和压缩试验。
3-σb =1300 MPa 4-σb =1000MPa
材料的多冲抗力与强度和塑性变化的规律
（3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 高强度时， σb=1500MPa，随aKU值 增加，冲击疲劳抗力 显著增大； 低强度时， σb=1000MPa，随aKU值 增加，冲击疲劳抗力 提高不多。
2-σb =1500 MPa
断裂韧度试验方法
（一）断裂韧度试验原理
当试验结果无效时，还可以采用相同的试 验方法测定试样强度比Rsx。
试样的强度比Rsx为无量纲量，它与试样所 能承受的最大载荷、试样尺寸及材料的屈 服强度有关。 与KIC值不同， Rsx不是断裂力学指标。
模具材料的检验项目与试验方法
模具材料的检验项目与试验方法模具材料的检验及试验大致可分为两类：一类是组织试验，包括宏观组织试验、微观组织试验、晶粒度试验等；另一类是材料试验或叫做机械试验，有硬度试验、拉伸试验、磨损试验等。
模具材料的主要检验项目见表6-2。
表6-2模具材料的主要检验项目一、化学成分JIS标准针对化学成分的检验有钢材的钢液分析法（JIS G0320）[6]和钢材的产品分析法及其允许偏差值（JIS G0321）[7]两种规定。
钢液分析法是对由钢包浇注到钢锭模后的未凝固钢液进行采样分析。
钢材从厂家出厂时附带的出厂证明书（出厂成绩表或检验单）中所记载的钢液分析结果即为此项数据。
每次熔炼都会出一份分析值报告，表示同一炉钢液的平均化学成分。
小型分析用试样经采样凝固后，按照JIS标准规定的分析法、火花放电发射光谱法、荧光X射线分析法等来进行分析。
产品分析法是对从轧制或锻造产品上切取的试样进行分析。
产品的分析值会因偏析而与钢液分析值有所不同，另外分析试样之间也会存在差异，所以钢材标准对超出所定钢液分析上下极限值的数值范围作了规定。
二、组织检验1.宏观组织检验（JIS G0553）[8]这是从钢材的横截面切取试样进行研磨，并用盐酸、氯化铜铵、硝酸酒精、硝酸水溶液等腐蚀后，对树枝状晶、钢锭花样、中心偏析、疏松、麻点、气泡、夹杂物等组织缺陷用肉眼进行判定的方法。
被观察面的表面粗糙度值通常需达到Ra30～3.5μm（JIS B 0601中评定轮廓的算数平均偏差）。
2.断口观察JIS标准中没有相应规定，这是在目标部位开出缺口并使之强行断裂后，用肉眼进行观察的方法。
从断口的纹理来推定开裂的起点和走向，可判别晶粒度和夹杂物等。
还有一种断面观察方法是扫描电镜（Scanning Electron Micros-ope，SEM）法。
其在材料制造阶段用不到，在此作为参考对其进行简单介绍。
扫描电镜法是将观察试样放到电子显微镜里进行电子束扫描，然后利用由此激发出的二次电子和背散射电子进行解析的方法，可清晰地观察到凹凸不平的断口。
高分子材料成型加工中的真空成型模具材料性能测试与评价
高分子材料成型加工中的真空成型模具材料性能测试与评价在高分子材料的成型加工过程中，真空成型模具作为关键的加工工具，扮演着至关重要的角色。
真空成型模具的材料性能直接影响着成型产品的质量和性能，因此对其性能进行全面的测试与评价是非常必要的。
本文将重点探讨高分子材料成型加工中真空成型模具材料性能的测试方法和评价标准。
一、材料性能测试方法：1. 强度测试：真空成型模具在成型过程中承受着较大的压力，因此其强度是一个至关重要的指标。
常用的强度测试方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。
2. 耐磨性测试：真空成型模具在使用过程中会不可避免地受到摩擦和磨损，因此其耐磨性也是需要测试的关键指标。
常用的耐磨性测试方法包括磨损试验和摩擦试验等。
3. 耐腐蚀性测试：真空成型模具在长时间的使用中会接触各种化学物质，因此其耐腐蚀性也是需要测试的重要指标。
常用的耐腐蚀性测试方法包括酸碱腐蚀试验和盐雾腐蚀试验等。
4. 导热性测试：真空成型模具在成型过程中需要承受高温加热，因此其导热性也是一个需测试的关键指标。
常用的导热性测试方法包括热传导试验和热阻试验等。
二、材料性能评价标准：根据上述测试结果，可以对真空成型模具的材料性能进行全面评价。
一般来说，优秀的真空成型模具应该具有高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的导热性能。
在实际应用中，还需要考虑其成本、加工工艺等因素，综合评价选择最适合的材料。
综上所述，高分子材料成型加工中真空成型模具的材料性能测试和评价对于确保成型产品质量和提高生产效率具有重要意义。
通过科学合理的测试方法和评价标准，可以选择到适合的材料，提高产品质量，降低生产成本，从而推动高分子材料成型加工产业的发展。
如何检验模具做的好坏，这样的图解就是牛！
如何检验模具做的好坏，这样的图解就是牛！来料检验1、模坯来料检验内容及方法（1）外观检验：目视检验模坯外观是否有生锈、划伤、刀痕、表面粗糙等缺陷。
（2）检测各模板的厚度：模板厚度公差为±0.02mm，四个角的厚度相差0.02mm以下（3）检测模框是否分中：检测模框四边厚度，相差0.02mm以下。
模坯2、司筒来料检验内容及方法（1）目视检查外观光洁度。
（2）试装检查司筒针与司筒的配合效果。
（3）检测司筒针及司筒的直径与长度。
（4）检测司筒的同心度，未注公差为∮0.02mm 。
（5）按图检查司筒内孔的避空长度。
司筒及顶针3、精加工钢材来料检验内容及方法。
（1）检查钢料是否做有明确标识（仓管员收货验收检查）。
（2）精料尺寸公差为+0.2mm。
（3）毛料尺寸公差为+1mm。
（4）平行度及垂直度0.02mm以下。
（5）外观不可有划伤、打痕、生锈、钝角等缺陷。
（6）硬度按指定钢材的硬度标准进行检测与判定。
模仁坯料4、热处理来料检验内容及方法（1）检测材料硬度，并按标准硬度要求进行判定。
（2）注意多测几个位置，以确认材料硬度是否均匀。
硬度检测过程检验1、铣床加工检验（1）铣床开框，检测模框大小、深度及中心位置。
（2）运水，检查运水孔大小，公差±0.2mm；检查运水孔位置，公差±0.5mm。
（3）螺丝孔，检查螺丝孔大小，公差±0.2mm；检查螺丝孔位置，公差±0.2mm 按图纸检查螺丝孔深度，再用螺丝试配检验。
（4）顶针避空孔，检查避空孔直径，避空0.5mm，公差±0.2mm；检查避空孔位置，公差±0.2mm。
（5）斜导柱孔，孔大小公差±0.2mm；孔位置公差±0.2mm；按图纸要求检查孔斜度。
2、车床加工检验（1）按图纸要求检测加工部位。
（2）检查外观是否有弹刀现象及刀纹的粗细程度。
3、磨床加工检验（1）按图纸要求检测加工部位。
第四章 模具材料失效性能指标及其测试方法
（五）材料对应力腐蚀延迟断裂的抗力 当模具在工作中经常和某些腐蚀介质接触时， 在拉应力和腐蚀介质的共同作用下，经过 一段时间可能会发生断裂，称为应力腐蚀 延迟断裂。
有缺陷怎么办？
有裂纹是否发生破坏？
研究含缺陷材料的强度 --断裂 Fracture 缺陷从何而来？
裂纹如何萌生？
材料固有或使用中萌生、扩展 --疲劳与断裂
s
应 力
Sk
vc
加载速度
Chapter 1 钢铁中的合金元素
（三）无裂纹材料的断裂抗力 一般中、小截面尺寸的中、低强度材料，可以认为是 均匀连续的，没有宏观裂纹存在。 模具在静载荷作用下断裂失效的主要原因是材料强度 不足，同时与材料的塑性和韧性有关。 材料的强度和塑性、韧性之间的关系往往相互矛盾，例如 淬火、回火后的模具钢随着回火温度的变化，其强度和塑 、韧性的变化趋势相反。
• 合理的强、韧性配合主要是根据模具工作 条件、结构特点等因素由经验确定。 • 随着应力集中的缓和、过载水平的降低、 应力状态的变软、截面尺寸的减小，材料 断裂抗力的最佳值向高强度方向转移；反 之，则向高塑性方向转移。 • 模具要求同时具有很高的强度和很高的韧 性时，必须采用昂贵的材料或复杂的强化 工艺。
E/GPa Cu 126 Al 70 混凝土 45～51 木材（纵向） 9～17 聚酯塑料 1～5 3.4 有机玻璃 聚乙烯 0.2～0.7 橡胶 0.01～0.1
材料
影响弹性模量的因素
• 材料的原子本性和原子间结合力决定E/G; 材料熔点高低反映了原子间结合力的强弱， 也反映了E/G的大小 • T↑→原子间结合力↓→ E/G ↓； • 金属材料的E/G对成分、组织不敏感； • 陶瓷、高分子、复合材料的E/G对成分、 组织敏感。
模具材料及性能检测
《模具材料及性能检测》课程标准“模具材料及性能检测”是模具设计与制造专业的一门重要技术基础课程，课程教学任务主要是培养学生具备材料性能检测，以及合理选择和设计模具材料的能力。
通过本课程的学习，可以为以后学习冷冲模设计、压铸模设计、塑料模设计等课程打下基础。
一、专业学习领域以职业岗位分析为基础，以培养学生职业能力和职业素养养成为依据，模具设计与制造专业确定了以下课程教学作为核心课程体系。
表1模具设计与制造专业学习领域二、课程设计作为一门重要的专业基础课，“模具材料及性能检测”课程主要结合模具设计与制造行业，以培养学生具备模具设计与制造职业岗位能力为重点，以合理选择和设计模具材料工作过程为主线，以真实的工作任务来构建学习情景，通过与行业企业合作进行教学设计与考核改革，培养了学生的综合素质和岗位能力，突破传统的学科体系框架，构建工作过程教学体系。
（1）以培养模具设计师职业能力为重点进行课程设计《模具设计师》职业标准规定：模具设计师进行注塑模与冷冲模设计时，必须熟练掌握材料的基础知识，并能根据设计意图正碓选择模具零件材料。
课程学习领域完全按照《模具设计师》等职业标准要求进行重新整合，开发了本课程的教材、讲义，并且对课程资源、教学场地、教师资源和行业企业参与职能做了详细设计，完成了本课程的教学标准。
（2）学校积极与行业企业合作进行课程开发原有的“材料力学”、“模具材料”、《金属材料与热处理》三门课程理论性太强，现在的学生较难接受，很难达到培养技能型人才的目的。
为此，机械工程系多次邀请行业企业专家参与课程改革，2004年5月，模具专业指导委员会提出把模具专业的《材料力学》、《金属材料与热处理》、《模具材料》整合为《模具材料及性能检测》。
理由是《材料力学》课程属于专业基础理论课，本着理论课以够用为主的原则，减少理论方面的课时。
同时考虑到课程的职业性，提出以模具材料应用为主，兼顾材料力学知识进行教学，使得学生在以后工作中专业知识针对性，能较快的胜任岗位。
1.2_模具材料的主要性能指标
6.抗热疲劳性能 热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期 性变化之外，还受到高温及周期性的急冷急热的作 用，抗热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前 的工作寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命， 模具材料应具备高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展 速率和高的断裂韧性值。
抗热疲必性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热 循环数，也可以用经过定的热循环后所出现的疲劳 裂纹的条数及平均的深度或长度来衡量。
1.2
l. 强度 2. 硬度
模具材料的主要性能指标
5.耐磨性 6.抗热疲劳性
3.塑性 4.韧性
7.咬合抗力 8.耐蚀性
1.2.1使用性能
1.硬度
材料对一更硬物体压入其内时所表现的抵抗力。
表征金属的塑性变形抗力及应变硬化能力。 很容易测定 与强度也有一定关系，可换算
冷作模具钢：52~60HRC左右 热作模具钢：40~52HRC
3.塑性
• 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。
• 断后伸长率： • δ=(l1- l0)/l0×100% • 式中 δ ——试样断后伸长率，%; • l0——试样原始标距长度，mm; • l1——试样拉断后的标距长度，mm。 • 断面收缩率： • ψ=(S0-S1)/S0×100% （1-7） • 式中 ψ ——断面收缩率，%; • S0——试样原始横截面面积，mm2; • S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。
• 微动磨损 微动磨损是指在滚动要素摆动工作时， 因两个接触面相对反复的微小滑动而产生 的摩损。
• 表面疲劳磨损 两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦 时，在交变接触压应力作用下，使材料表 面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲 劳磨损。
5.耐磨性比較
图1-2 五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性
2 模具的失效分析
2.2 模具的服役条件与模具失效分析
1、模具的服役条件 、 冷作模具主要用于金属或非金属材料的冷态成形。冷作模具在服 役过程中承受拉伸、弯曲、压缩、冲击、疲劳等不同应力的作用， 而用于金属冷挤、冷镦、冷拉伸的模具，还要承受300度左右的 交变温度作用。 热作模具主要用于高温条件下的金属成形，模具是在高温下承受 交变应力和冲击力，工件成形温度往往在1000度以上，模具还要 经受高温氧化及烧损，在强烈水冷条件下经受冷热变化引起的热 冲击作用。 塑料模具中的热固性塑料压模受力较大，而且温度为200—250度 左右，模具在较强的磨损及浸蚀条件下工作，而热塑性塑料注射 模其受力、受磨损都不太严重，但部分塑料品种含有氯及氟，当 压制时易放出腐蚀性气体，模具型腔经受气体腐蚀作用。
2.5 断裂失效
1.韧性断裂的特征
●宏观特征:宏观变形方式为缩颈，典型断口为杯锥状断口，底部 成纤维状剪切断口，其平面和拉伸轴大致呈45角。 ●微观特征:蛇形滑移和延伸，间距不等、短而且平行、不连续的 条纹韧窝，大小相当于显微空洞裂纹的一半。
韧性(塑性)断裂实物
断口韧窝电镜照片
2.5 断裂失效
2.脆性断裂的特征 脆性断裂时承受的工作应力较低，通常不超过材料的 屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应 力脆断。这种宏观裂纹可以在生产工艺过程中产生，还可 能由于疲劳或应力腐蚀而产生。
一、模具失效分析的重要性 首先确定模具失效的形式； 其次检查模具的服役条件； 最后运用金相分析、硬度测试等从模具结构、机加工质量、 模具材料和热处理等方面找出模具失效的主要原因。
2.8 模具失效分析的重要性和基本内容
二、模具失效分析的基本内容 现场调查 分析并确定故障原因和故障机理 分析结论，提出分析报告。 分析结论，提出分析报告。 分析报告的主要内容： （1）故障分析结论 （2）改进措施与建议及对改进效果的预计； （3）故障分析报告提交给有关部门，并反馈给有关承制单位； （4）必要时对改进措施的执行情况进行跟踪和管理。
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应力 σ
E
θ 应变 ε
当材料受纯剪切时，同样有：
G
G为切变弹性模量
表1-1 各类材料室温弹性模量
材料 金刚石 硬质合金 SiC W 镍合金 铁及低碳钢 铸铁 低合金钢
E/GPa 1020 460～670 460 410 130～240 200 173～194 204～210
（五）材料对应力腐蚀延迟断裂的抗力 当模具在工作中经常和某些腐蚀介质接触时， 在拉应力和腐蚀介质的共同作用下，经过 一段时间可能会发生断裂，称为应力腐蚀 延迟断裂。
有缺陷怎么办？
有裂纹是否发生破坏？
研究含缺陷材料的强度 --断裂 Fracture 缺陷从何而来？
裂纹如何萌生？
材料固有或使用中萌生、扩展 --疲劳与断裂
s
应 力
Sk
vc
加载速度
Chapter 1 钢铁中的合金元素
（三）无裂纹材料的断裂抗力 一般中、小截面尺寸的中、低强度材料，可以认为是 均匀连续的，没有宏观裂纹存在。 模具在静载荷作用下断裂失效的主要原因是材料强度 不足，同时与材料的塑性和韧性有关。 材料的强度和塑性、韧性之间的关系往往相互矛盾，例如 淬火、回火后的模具钢随着回火温度的变化，其强度和塑 、韧性的变化趋势相反。
Chapter 4 模具材料抗失效性能指 标及其测试方法
Chapter 1 钢铁中的合金元素
模具失效实质上就是在特定负荷作用下，具有特定形状 的模具材料的失效。 材料具有不同的性能指标，可以反映材料对不同形式失效 的抗力。 根据材料性能指标大小的要求， 针对模具的工作条件和失效特点，选择合适的模具材料、 制定相应工艺技术，制造出安全可靠、经济合理、能满足 寿命要求的模具。
利用现有研究成果，可再减少损失24%(285亿/年)。
包括提高对缺陷影响、材料韧性、工作应力的预测 能力；改进检查、使用、维护；建立力学性能数据 库；改善设计方法更新标准规范等。 剩余的47%，有待于进一步基础研究的突破。 如裂纹起始、扩展的进一步基础研究；高强度、 高韧性、无缺陷材料的研究等。
疲劳断裂引起的空难达每年100次以上
越接近裂纹尖端（r越小），应力越大。 当裂纹尖端沿x轴线扩展时，
KI 2 r
对于承受不同应力以及不同几何形状的裂纹 体：
K I Y a
a：裂纹半长 Y :形状因子
3.材料的断裂韧度
断裂力学认为，材料中存在缺陷是绝对的，常见的缺陷是 裂纹。在应力的作用下，这些裂纹将发生扩展，一旦扩展 失稳，便会发生低应力脆性断裂。材料抵抗内部裂纹失稳 扩展的能力称为断裂韧性。
Chapter 1 钢铁中的合金元素
第一节 材料抵抗过量变形失效的性能指标
材料抵抗过量变形失效的性能指标主要有弹性变 形抗力指标和塑性变形抗力指标。
变形
材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。 弹性变形
外力去除后可恢复
变形 塑性变形
外力去除后不可恢复
常温静载试验方法 • 静拉伸 • 压缩 • 弯曲 • 扭转 • 硬度
E/GPa Cu 126 Al 70 混凝土 45～51 木材（纵向） 9～17 聚酯塑料 1～5 3.4 有机玻璃 聚乙烯 0.2～0.7 橡胶 0.01～0.1
材料
影响弹性模量的因素
• 材料的原子本性和原子间结合力决定E/G; 材料熔点高低反映了原子间结合力的强弱， 也反映了E/G的大小 • T↑→原子间结合力↓→ E/G ↓； • 金属材料的E/G对成分、组织不敏感； • 陶瓷、高分子、复合材料的E/G对成分、 组织敏感。
• 镗床的镗杆的过量弹性变形会降低被加 工零件的精度甚至造成废品； • 齿轮轴的过量弹性变形会影响齿轮的正 常啮合，加速磨损，增加噪声； • 弹簧的过量弹性变形会影响其减振和储 能驱动作用。
材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为零 件的刚度。
模具的形状-截 面积
材料抵抗弹性变 形的能力
设计
选材
材料抵抗弹性变形的性能指标
• 合理的强、韧性配合主要是根据模具工作 条件、结构特点等因素由经验确定。 • 随着应力集中的缓和、过载水平的降低、 应力状态的变软、截面尺寸的减小，材料 断裂抗力的最佳值向高强度方向转移；反 之，则向高塑性方向转移。 • 模具要求同时具有很高的强度和很高的韧 性时，必须采用昂贵的材料或复杂的强化 工艺。
屈服 塑性 变形
均匀 塑性变形
不均匀集中 塑性变形
应 力 σ
断裂 弹 性 变 形
应变ε
• ζe ：弹性极限 • ζp：比例极限 • ζs：屈服极限，屈服强度 • ζb：强度极限，抗拉强度
以上力学性能指标均对成分、组织 敏感
低碳钢，正火、退火、调质态的 中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合 金及某些高分子材料都具有上图所示 的应力-应变行为。即在拉伸应力的作 用下的变形过程分为四个阶段：弹性 变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、 不均匀集中塑性变形。
应力 ζ
εp 塑性应变量
εp εe 应变 ε
材料抵抗塑性变形的抗力指标
• 比例极限
• 弹性极限
• 屈服极限
第二节 材料抵抗断裂失效的性能指标
• 模具断裂失效时模具中的应力超过材料相 应断裂抗力的结果。 • 根据模具所受载荷的性质，断裂形式分为 一次断裂（快速断裂）和疲劳断裂。 • 快速断裂：模具中的应力单调地增加并超 过一定临界值 • 疲劳断裂：模具承受最大应力低于材料屈 服点，经过相当多周次服役，发生的断裂
• （四）含裂纹材料的断裂抗力
裂纹扩展的基本形式
• 实际裂纹扩展过程并不局限于这三种形式， 往往是它们的混合。 • Ⅰ型裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断 裂。 • 2.裂纹尖端的应力场及应力场强度因子
KI 2 r f ( )
• 裂纹顶端名义应力； • 应力场强度因子； • 以裂纹顶端为原点的极坐标中的极径和极 角
国际民航组织 (ICAO)发表的 “涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出： 20世纪80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁 人亡重大事故，平均每年100次。(不包括中、苏) Int. J. Fatigue, Vol.6, No.1, 1984
工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破
坏的50％-90%，是机械、结构失效的最常见形式。
因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断 裂问题。
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二、疲劳断裂失效的抗力指标 （一）疲劳的基本概念 模具的服役特点是周期性的重复工作，故 其载荷是随时间而变化的变动载荷，相应 地，模具中的应力是循环应力。 循环应力图见图4-8
二、疲劳断裂失效的抗力指标
1.什么是疲劳？
疲劳是在某点或某些点承受扰动应力，且在 足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的 材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。
问题的 特点：
扰动应力，高应力局部， 裂纹，发展过程。
研究目的：发展过程有多长？ 预测寿命N。
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2. 破坏起源于高应力、高应变局部。
应力集中处，常常是疲劳破坏的起源。 要研究细节处的应力应变。
静载下的破坏，取决于结构整体； 疲劳破坏则由应力或应变较高的局部开始， 形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。 可见，局部性是疲劳的明显特点。
一、工程材料静拉伸时的应力-应变 行为
σ < σe: 弹性变形 应力 ζ σ < σp: σ = Eε σ σ
e p
σb σ k
σ ＝ σs: 屈服塑性变形 σb> σ > σs: 均匀塑性变形
σ达到σb: 集中塑性变形， 产生颈缩 变形量达k 点后，发生 断裂
s
应变 ε 低碳钢拉伸应力-应变曲线
衡量材料塑性的指标
伸长率δ 、断面收缩率ψ
L L0 L0 A0 A A0
L0、A0：拉伸试样的原始标距长度、原始截面积；
100%
100%
L、A： 拉伸试样断裂后的标距长度、颈缩处最小 截面积
二、过量变形失效
• 过量弹性变形 • 过量塑性变形
（一）过量弹性变形
模具在在一定载荷作用下，只允许一定量的 弹性变形，过量弹性变形会造成零件失效。
Chapter 1 钢铁中的合金元素
2.应力状态
m ax / m ax
α —应力状态的软性系数； α 值越大，表示应力状态越软，材料发生韧性断裂的倾向 越大；反之，应力状态越硬，材料倾向于脆性断裂。
Chapter 1 钢铁中的合金元素
3.工作温度
s
应 力
Sk
Tc
温度
Chapter 1 钢铁中的合金元素
断裂使美国一年损失1190亿美元
摘要发表于 Int. J. of Fracture, Vol23, No.3, 1983
译文见 力学进展， Vol15，No2，1985
对策
普及断裂的基本知识，可减少损失29%(345亿/年)。 设计、制造人员了解断裂，主动采取改进措施， 如设计；材料断裂韧性；冷、热加工质量等。
材料韧-脆转变温度的高低取决于材料的成分、纯洁度、 晶格类型、晶粒大小和组织状态。 低温脆性常见于体心立方晶格的金属，而面心立方晶格 的金属一般无冷脆现象。细晶粒金属不仅断裂强度高，而 且韧-脆转变温度低。
Chapter 1 钢铁中的合金元素
4.加载速度 加载速度对材料脆断倾向的影响和工作温度的影响类似。
①材料屈服强度很低而断裂韧度很高，即使材 料中存在裂纹，材料先发生塑性变形，使进 一步的破坏为韧性断裂。 断裂韧度不适合作为材料断裂抗力的主要指标
②当模具截面尺寸很大或断裂韧度很高时， 发生裂纹失稳扩展快速断裂的倾向性大。 截面尺寸大，易造成硬性的平面应变状态， 材料的塑性不能发挥作用，裂纹前沿的应 力场强度大，较小的裂纹尺寸即可导致快 速断裂。 断裂韧度适合作为材料的主要指标。