第五章 塑性變形失效

1、第五章第五章塑性變形失效和斷裂失效塑性變形失效和斷裂失效一、模具塑性變形失效的形式 凹模在服役中出現(xiàn)的型腔塌陷、型孔脹大、棱角倒塌以及沖頭在服役中因出現(xiàn)沖頭鐓粗、縱向彎曲，而不能繼續(xù)服役者，均屬塑性變形失效。(二、模具塑性變形失效的原因 （一）冷作模具塑性變形失效的原因 冷作模具出現(xiàn)塑性變形失效的主要原因有： 1. 模具材料的強度水平不高； 2. 模具材料雖選擇正確，但熱處理工藝不正確，未充分發(fā)揮模具剛的強韌性； 3. 沖壓操作不當，發(fā)生意外的超載。 模具鋼的屈服強度，一般隨碳含量及某些合金元素含量的增多而升高。在硬度相同的條件下，不同化學成分的鋼具有不同的抗壓強度。 （二）熱作模具塑性失效的

2、原因 熱作模具發(fā)生塑性變形的原因，除上述外還有一很重要的原因即高溫軟化。 在熱鍛壓作業(yè)中，模具的工作面與高溫的坯料接觸，使型腔表面溫度往往超過熱作模具鋼的回火溫度。在如此高的溫度下，模具鋼的強度僅為室溫強度的1/2或1/3，很容易在外力作用下發(fā)生塑性變形。 模具在工作時，表面的瞬時溫度很難直接測量，一般可根據(jù)模具的硬度變化幅度來判斷其溫度場。三、模具塑性變形失效的過程 （一）冷作模具塑性變形過程 冷作模具的塑性變形在室溫下進行，是金屬材料在室溫下的屈服過程。冷作模具是否發(fā)生塑性變形，主要取決于模具承受的機械載荷以及模具材料的室溫強度。 （二）熱作模具塑性變形過程 熱作模具的塑性變形在較高的溫度

3、下進行，起主導作用的是熱載荷。因此，熱作模具是否發(fā)生塑性變形，主要決定于模具的溫度和模具材料的高溫強度。 模具在服役過程中突然出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，使模具立即喪失服役能力，屬于斷裂失效。常見的斷裂失效形式有：崩刃、崩齒、劈裂、折斷、脹裂等。 二、模具斷裂失效的原因 模具斷裂失效的原因很多，可以分為四大類，每一類的具體原因及影響因素如下表所示：一、模具斷裂失效的形式分類具體原因影響因素模具結構應力集中尺寸過渡差別過大；圓角半徑過小強度不足承載面積過小模具材料選材不當材料韌性太低；材料強度太低材質(zhì)不良材料有冶金缺陷制造工藝應力集中圓角半徑不合格；組織缺陷晶粒粗大；表面脫碳；網(wǎng)狀碳化物；

4、流線分布不合理操作方法啃模沖床精度不符合要求，模具安裝不正確超載坯料放置不正確；沖床剛度低模具表面出現(xiàn)拉應力模具冷卻不當；工作溫度太高發(fā)生回火轉變 模具在服役過程中突然出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，使模具立即喪失服役能力，屬于斷裂失效。常見的斷裂失效形式有：崩刃、崩齒、劈裂、折斷、脹裂等。 三、模具斷裂失效的過程 模具的斷裂過程，可分為一次性斷裂和疲勞斷裂兩類。 （一）一次性斷裂 有時模具在沖壓時突然斷裂，即裂紋一旦萌生后發(fā)生失穩(wěn)擴展，謂一次性斷裂。它的主要原因是嚴重超載或模具材料嚴重脆化（如過熱、過燒、回火不足、嚴重的應力集中及嚴重的冶金缺陷等）。（二）疲勞斷裂 模具服役過程中，在應力最

5、大處或應力集中處萌生裂紋，在沖壓力的作用下，微裂紋緩慢擴展，模具的有效承載面積逐漸縮小，直至外加應力超過模具材料的斷裂強度，模具便發(fā)生斷裂?；蚴请S著裂紋的逐漸擴展，裂紋尖端的應力強度因子不斷增大，直至超過材料的斷裂韌性值時，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展， 導致模具發(fā)生脆性斷裂。 疲勞斷裂的全過程，其壽命長短不一。通常冷作模具從萌生疲勞裂紋直到最后斷裂，只需較短時間，這是由于冷作模具材料的斷裂韌性較低所致。 熱作模具的尾部(不承受高溫作用)，如存在引起應力集中的因素，可能發(fā)生機械疲勞斷裂。在熱作模具的工作部分，如出現(xiàn)較大的熱應力或組織應力，有可能發(fā)生一次性開裂。 多種損傷形式的交互作用 模具的工作條件極為復

6、雜。因此，一個模具上可同時出現(xiàn)多種損傷形式。這些損傷又相互促進，加速模具的失效。 一、損傷過程之間的交互作用 下列損傷過程可發(fā)生交互作用，促進各自的發(fā)展。 1、磨損對疲勞及冷熱疲勞的促進作用。 磨損溝痕可成為疲勞裂紋及冷熱疲勞裂紋的發(fā)源地，加速上述裂紋的萌生。如磨損溝痕既深又尖銳，它本身就可成為一次性斷裂的起裂點。 2、冷熱疲勞和疲勞對磨損和斷裂的促進作用。 模具表面出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋后，表面的光潔程度嚴重惡化，磨損將加劇。 冷熱疲勞及疲勞裂紋的尖端，將引起應力集中，可成為斷裂源，促進了早期斷裂。 二、主要失效原因的分析和判斷 一批模具的平均壽命，包括了各種失效形式的壽命，在探討提高模具壽命的技

7、術措施方案時，應當了解在這一批模具中，各種失效形式的壽命范圍以及各種失效形式所占的百分數(shù)。這樣，才能抓住主要的失效形式（對壽命危害最大的失效形式）。 1、一種失效形式存在有多種原因交互作用時，必須查明其主要原因，為此： 在分析冷作模具的斷裂失效原因時，應了解在斷裂過程中共有哪幾種損傷過程參與交互作用。應確定每種損傷形式在交互作用中的作用地位。如果確認磨損加速了疲勞裂紋的萌生，則磨損應作為主要問題去解決。如確認磨損雖很嚴重，但疲勞裂紋并不萌生于磨損溝痕處，則可排除磨損對斷裂的影響，需另找其它原因。 2.在分析熱作模具的斷裂失效原因時，首先應了解裂紋與冷熱疲勞的關系。如果確認斷裂起源于冷熱疲勞裂紋，則應將提高冷熱疲勞抗力或推遲冷熱疲勞，列為主要解決的問題。如果確認斷裂與冷熱疲勞無關時，才另外找其它的原因。 3.在分析各類模具的