模具失效案例分析

2 模具失效分析
• 通常，热锻模的常见失效形式有: 表面磨损，高温 氧化，热疲劳裂纹。本公司的前胎模具的主要失 效形式为型腔表面磨损。表面磨损是指坯料在模 具型腔中塑性变形时，沿型腔表面既流动又滑动 ，使型腔表面与坯料之间产生剧烈的摩擦，从而 导致模具磨损而失效。型腔磨损的结果是使成型 的坯料实际尺寸偏离设计尺寸，因此磨损达一定 程度后的模具因不能再使用而报废。对失效模具 进行如下分析。
模具失效分析案例1Fra bibliotek012Al 钢模具失效分析
以高速锻前胎模具为 对象，研究其早期失效 机制，在此基础上优化 热处理工艺，提高模具 使用寿命，取得了一定 成效。
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1 前胎模具材料及寿命
前胎模具的外形如图1 所示，是 轴承行业普遍应用的热挤压模， 用012Al( 5Cr4Mo3SiMnVAl) 模 具钢制作。012Al 钢具有较高的 高温强度和较优良的热疲劳性能 ［1］，其热处理工艺流程为: 球 化退火—淬火—3 次回火，最终 硬度要求为59 ～ 61HRC。
1) 材料成分
用直读光谱法对前胎模具材料成分进行分 析，结果列于表1，模具成分与012Al 钢 的标准成分［1］相符合。
2） 材料硬度
• 沿前胎模具横向切割 试块，如图2箭头所示 从里到外测定的硬度 值依次为58 HRC，57 HRC，56 HRC，54 HRC，56 HRC，56 HRC，57HRC，没有 达到技术要求值( 59 ～ 61 HRC)
5 结论
• 012Al 钢热挤压模具早期失效是由于球化退 火和淬火工艺不合理，导致模具显微组织 不良、硬度偏低所致。按改进后的工艺退 火和淬火后，该模具的显微组织明显改善 ，硬度也达到了技术要求，因此使用寿命 有了大幅度提高。
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3 改进途径
• 为了提高前胎模 具的使用寿命， 对其热处理工艺 进行了改进。
( 1) 在进行大量试验的基础上优化模具的球化 退火工艺由图可知，与图3 所示的退火组织相 比，经改进后的工艺球化退火的模具，其退火 组织均匀，球化效果大大改善，为获得均匀细 小的淬火组织创造了条件。
( 2) 对模具的淬火回火工 艺进行调整 淬火回火组织如图6 所示为 均匀细小的回火马氏体，与 图4 所示的组织相比，有了 明显的改进。
3) 退火组织
• 012Al 钢热挤压模的常 规退火工艺为860 ℃ 保温4 ～ 5 h，缓冷至 550 ℃空冷。其退火 显微组织如图3 所示。
由图3 可见，按上述工艺退火后012Al 钢组织球化不够充 分、不够均匀，这种不良的球化组织将会直接影响模具最 终的淬火组织，从而影响模具的使用寿命
4) 淬火回火组织
失效的012Al 钢模具的淬 火回火工艺为: 1100 ℃油淬， 560 ℃回火2 次，每次2 h。其淬火 回火显微组织如图4 所 示。 由图4 可见，失效模具的淬火回火组织为粗大回火马氏 体和少量碳化物，导致材料脆性增大。这种组织的产生 可能与模具的退火工艺不当有关。由此看来，前胎模具 发生早期失效，寿命很低，是由于模具组织不良和型腔 表面硬度偏低，模具耐磨性不好，引起型腔表面磨损过 快所造成的。型腔表面硬度偏低可能与淬火工艺不当有 关。