模具材料及失效分析：第三章_模具失效形式及机理
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 胶合（咬死）：粘结点强度远远高于模具和工件的强度 时发生。 摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素
① 表面压力
T1（接触压应力小于材料硬 度的1/3），磨损主要是通 过氧化碎屑的脱落而产生的， 属于轻微氧化磨损区； T1与T2之间为严重磨损区， 磨屑尺寸增大，加厚，且多 为金属屑； 当载荷继续增大超过T2后， 表面内摩擦增大而温度很高， 可能发生相变，并形成白层， 形成不易破碎的氧化膜，因 而耐磨。
磨料磨损时，作用在质点上的力分为垂直分力和水平分 力。 垂直分力使硬质点压入材料表面； 水平分力使硬质点与表面之间产生相对位移，硬质点与 材料相互作用的结果，使被磨损表面产生犁皱或切屑， 形成磨损或在表面留下沟槽。
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第三章 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）
载荷对碳钢表面磨损量的影响
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素
② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断 裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而 脆性材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。
密排六方结构的金属材料粘着倾向小，面心立方 点阵的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属；
不仅有多变的接触应力而且还有切应力，这些外力反复 作用一定周次后，模具表面就会产生局部塑性变形和加 工硬化。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形成裂 纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂纹扩 展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。
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第三章 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
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第三章 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
0.01-0.1%，只有少数微观凸起处接触，压力很大， 引起塑性变形，加上表面因摩擦而温度升高，局部金 属软化或熔化，使表层的氧化膜破裂，使新鲜材料暴 露，造成工件与模具材料纯金属接触，分子间互相吸 引、渗透、粘着，使这些突起处联接起来。随着相对 运动的进行和接触部分的温度急剧下降，突起处相当 于进行了一次局部淬火，使粘着部分材料强度增加， 形成淬火裂纹，最后造成撕裂和剥落。图3-5为粘着 磨损过程。
多相的金属比单相的金属粘着倾向小；
互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格类型 的金属)所组成的摩擦副粘着倾向大；互溶性小的材 料(异种金属或晶格结构不相近的金属)组成的摩擦副 粘着倾向小。
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素 ③ 材料硬度
模具材料和工件材料的硬度相差越大，磨损越小； 反之，磨损越大。
类金属表面接触。
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第三章 模具失效形式及机理
四、疲劳磨损 疲劳磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，在循
环应力（机械应力与热应力）的作用下，使模具表层金 属材料疲劳脱落的现象。
接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂纹、小坑等， 磨损产物为块状或饼状。
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第三章 模具失效形式及机理
四、疲劳磨损
(一) 疲劳磨损的机理 在承受力和相对运动的情况下，模具表面及亚表面
模具的磨损：坯料与模具之间接触，成型过程中产生 相对运动，造成磨损。
磨损的结果:(1)模具尺寸发生变化；(2)模具表面状 态发生变化，如粗糙度增加、产生划痕等。
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第三章 模具失效形式及机理
一、磨损分类 根据模具的成形坯料、使用状况，其磨损机理可以
分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨 损、腐蚀磨损。
（二）粘着磨损的分类 涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时 发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接点 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属表 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。 如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢表面 也残留少量的小坑；
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第三章 模具失效形式及机理
三、粘着磨损 粘着磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，由于
表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表面 的材料转移到工件上或脱落的现象。
要特征是磨损产物多 为片状或小颗粒。
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第三章 模具失效形式及机理
(一)粘着磨损的机理 模具与工件表面的实际接触面积只有名义上的
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第三章 模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
磨粒磨损的定义: 在工件 和模具接触表面之间存在 外来硬质颗粒或者工件表 面的硬突出物，刮擦模具 表面，引起模具表面材料 脱落的现象叫磨粒磨损。
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。
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第三章 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）
第三章 模具失效形式及机理
模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。 如：锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破裂；塑 料模具常常因表面光洁度不够而失效。 综合来讲，模具失效形式主要有三类：磨损、断裂、塑 性变形。
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第三章 模具失效形式及机理
第一节 磨损失效
磨损的概念：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐 失去物质的现象称为磨损。
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第三章 模具失效形式及机理
(四) 提高耐粘着磨损性能的措施
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 采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（氧化磨损）
和严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶合）。图3-6。 轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和工 件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着面 上，表面材料的转移十分轻微。
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第三章 模具失效形式及机理
第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 胶合（咬死）：粘结点强度远远高于模具和工件的强度 时发生。 摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素
① 表面压力
T1（接触压应力小于材料硬 度的1/3），磨损主要是通 过氧化碎屑的脱落而产生的， 属于轻微氧化磨损区； T1与T2之间为严重磨损区， 磨屑尺寸增大，加厚，且多 为金属屑； 当载荷继续增大超过T2后， 表面内摩擦增大而温度很高， 可能发生相变，并形成白层， 形成不易破碎的氧化膜，因 而耐磨。
磨料磨损时，作用在质点上的力分为垂直分力和水平分 力。 垂直分力使硬质点压入材料表面； 水平分力使硬质点与表面之间产生相对位移，硬质点与 材料相互作用的结果，使被磨损表面产生犁皱或切屑， 形成磨损或在表面留下沟槽。
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第三章 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）
载荷对碳钢表面磨损量的影响
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素
② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断 裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而 脆性材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。
密排六方结构的金属材料粘着倾向小，面心立方 点阵的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属；
不仅有多变的接触应力而且还有切应力，这些外力反复 作用一定周次后，模具表面就会产生局部塑性变形和加 工硬化。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形成裂 纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂纹扩 展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。
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第三章 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
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第三章 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
0.01-0.1%，只有少数微观凸起处接触，压力很大， 引起塑性变形，加上表面因摩擦而温度升高，局部金 属软化或熔化，使表层的氧化膜破裂，使新鲜材料暴 露，造成工件与模具材料纯金属接触，分子间互相吸 引、渗透、粘着，使这些突起处联接起来。随着相对 运动的进行和接触部分的温度急剧下降，突起处相当 于进行了一次局部淬火，使粘着部分材料强度增加， 形成淬火裂纹，最后造成撕裂和剥落。图3-5为粘着 磨损过程。
多相的金属比单相的金属粘着倾向小；
互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格类型 的金属)所组成的摩擦副粘着倾向大；互溶性小的材 料(异种金属或晶格结构不相近的金属)组成的摩擦副 粘着倾向小。
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第三章 模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损的因素 ③ 材料硬度
模具材料和工件材料的硬度相差越大，磨损越小； 反之，磨损越大。
类金属表面接触。
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第三章 模具失效形式及机理
四、疲劳磨损 疲劳磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，在循
环应力（机械应力与热应力）的作用下，使模具表层金 属材料疲劳脱落的现象。
接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂纹、小坑等， 磨损产物为块状或饼状。
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第三章 模具失效形式及机理
四、疲劳磨损
(一) 疲劳磨损的机理 在承受力和相对运动的情况下，模具表面及亚表面
模具的磨损：坯料与模具之间接触，成型过程中产生 相对运动，造成磨损。
磨损的结果:(1)模具尺寸发生变化；(2)模具表面状 态发生变化，如粗糙度增加、产生划痕等。
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第三章 模具失效形式及机理
一、磨损分类 根据模具的成形坯料、使用状况，其磨损机理可以
分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨 损、腐蚀磨损。
（二）粘着磨损的分类 涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时 发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接点 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属表 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。 如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢表面 也残留少量的小坑；
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三、粘着磨损 粘着磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，由于
表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表面 的材料转移到工件上或脱落的现象。
要特征是磨损产物多 为片状或小颗粒。
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第三章 模具失效形式及机理
(一)粘着磨损的机理 模具与工件表面的实际接触面积只有名义上的
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第三章 模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
磨粒磨损的定义: 在工件 和模具接触表面之间存在 外来硬质颗粒或者工件表 面的硬突出物，刮擦模具 表面，引起模具表面材料 脱落的现象叫磨粒磨损。
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。
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第三章 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）
第三章 模具失效形式及机理
模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。 如：锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破裂；塑 料模具常常因表面光洁度不够而失效。 综合来讲，模具失效形式主要有三类：磨损、断裂、塑 性变形。
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第三章 模具失效形式及机理
第一节 磨损失效
磨损的概念：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐 失去物质的现象称为磨损。
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第三章 模具失效形式及机理
(四) 提高耐粘着磨损性能的措施
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 采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（氧化磨损）
和严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶合）。图3-6。 轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和工 件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着面 上，表面材料的转移十分轻微。
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第三章 模具失效形式及机理