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。
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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。
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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
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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。
图2 Cr12MoV钢早期崩刃(a)和开裂(b)照片 机械制造工程系 模具材料
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Cr12MoV钢制硅钢片凹模经1030℃淬火+180℃回 火的常规热处理，使用中耐磨性较差，中间需频繁磨削 修刃，致使凹模发生大量早期断裂失效。
1.宏观分析 Ⅰ装配歪斜，属操作不当 Ⅱ正常磨损失效 Ⅲ贝壳状断口，早期疲劳断裂。
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和冷热疲劳。冷热疲劳主要出现于热作模具。其他三种失
效形式在冷、热作模具上均可能出现，并按损伤的形态分
类如下：
塑性断裂
模具零件失效
断裂失效 脆性断裂 疲劳断裂 过度塑性变形
过量变形失效 过度弹性变形 蠕变超限
表面损伤失效 表面磨损 表面腐蚀
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弯曲
镦粗
模孔胀大
图1 冲模的损伤形式
型腔下沉
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燕尾开裂 燕尾开裂
图2-2 锻模损伤的部位和形式
图2-3 冷镦凸模损伤部位和形式
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模具材料及模具失效分析
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2.1 模具的服役条件 2.2 模具的主要失效形式 2.3 模具的主要分析 2.4 模具失效的分析实例 2.5 模具材料的选用
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Ⅰ冷作模具的服役条件 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℃左右的交变温度作用。
冷冲压模 工作演示
析 过程的各种因素。
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引起模具失效的主要有：
（1）模具结构的影响 （2）模具材料的影响 （3）热处理及加工制造工艺的影响
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Cr12MoV厚板
模具材料与模具失效分析
4. 模具失效分析实例 Cr12MoV钢制硅钢片冷冲凹模失效分析
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Ⅲ 塑料模具的服役条件
塑料模具中的热固性塑料压模受力较大，而
且温度为200～250℃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。
塑料模
工作演示
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Ⅱ 热作模具的服役条件 热作模具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℃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。
热锻模 工作演示
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Cr12MoV是应用非常之广泛的一种模具材料，由于它具 有良好的硬度和耐磨性，用Cr12MoV钢来制作模具的工作部 分，例如凹模或者是凸凹模，已成为模具行业事实上的工业
标准。
Cr12MoV大直径圆钢
Cr12MoV厚板
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冷冲模具的凸凹模的服役条件非常恶劣，,需要承受着 较大的压缩和剪切载荷。经常处于复杂的应力状态,还要承 受周期性的冲击载荷作用,伴随着强烈的机械磨损的恶劣条 件下工作，因此这类模具的凸凹模的失效通常表现在早期 开裂和薄壁处崩刃现象。
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2. 组织，性能及制造工艺分析
化学成分检查为Cr12MoV钢
碳 C ：1.45～1.70 硅 Si：≤0.40 锰 Mn：≤0.40 硫 S ：≤0.030 磷 P ：≤0.030
铬 Cr：11.00～12.50 镍 Ni：允许残余含量≤0.25 铜 Cu：允许残余含量≤0.30 钒 V ：0.15～0.30 钼 Mo：0.40～0.60