模具失效的基礎(chǔ)知識(shí)

第三章模具失效的基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共124頁(yè)。

模具失效的種類(lèi)和形式很多，其產(chǎn)生原因與材料性能、精度要求、應(yīng)力、時(shí)間、溫度、環(huán)境介質(zhì)和操作失誤等因素有關(guān)。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

影響模具失效的主要因素；模具的失效形式；模具失效的分析方法；學(xué)習(xí)目的：分析失效原因，找出失效規(guī)律，提出防止失效措施。

第2頁(yè)，共124頁(yè)。一、模具失效的分類(lèi)：模具失效包括正常失效和非正常失效。1.按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)對(duì)失效分類(lèi)：①正常耗損失效②模具缺陷失效③誤用失效④受累性失效第一節(jié)模具失效的形式和機(jī)理第3頁(yè)，共124頁(yè)。2.按失效形式及失效機(jī)理分類(lèi)①表面損傷表面磨損、接觸疲勞、表面腐蝕等。②過(guò)量變形過(guò)量彈性變形、塑性變形。③斷裂韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂等。第4頁(yè)，共124頁(yè)。二、磨損失效的類(lèi)型和機(jī)理

由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損。當(dāng)磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或改變了模具表面狀態(tài)使其不能繼續(xù)服役時(shí)，稱(chēng)為磨損失效。磨損按機(jī)理可分為：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、汽蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損等。第5頁(yè)，共124頁(yè)。第6頁(yè)，共124頁(yè)。（一）磨粒磨損（磨料磨損）在滑動(dòng)摩擦?xí)r零件表面存在硬質(zhì)磨粒，使磨面發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入、切割金屬表面從而導(dǎo)致零件表面逐漸損耗的一種磨損。第7頁(yè)，共124頁(yè)。磨粒磨損的形成和特征：第8頁(yè)，共124頁(yè)。磨料磨損分類(lèi)：（1）高應(yīng)力鑿削磨損：所謂高應(yīng)力是指磨料在與工件接觸時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了磨料本身的破斷強(qiáng)度。在此情況下，磨粒接觸處集中的壓應(yīng)力，使金屬表面受到切削并產(chǎn)生塑性變形和疲勞以及硬質(zhì)相的開(kāi)裂而造成材料磨損。（2）低應(yīng)力劃傷磨損：是指磨料本身的強(qiáng)度超過(guò)磨料與工件之間的接觸應(yīng)力，在磨損過(guò)程中磨料不發(fā)生破碎的情況。磨料一般沿工件表面平移，金屬表面被劃傷，但由于正向壓力較低，劃痕較淺。第9頁(yè)，共124頁(yè)。磨料磨損機(jī)理的主要理論分析：①微觀切削磨損機(jī)理第10頁(yè)，共124頁(yè)。②多次塑變磨損機(jī)理第11頁(yè)，共124頁(yè)。③疲勞磨損機(jī)理★多次塑變磨損后，產(chǎn)生金屬表面分離的磨屑是因?yàn)椴牧媳韺游⒂^組織受磨粒反復(fù)作用的應(yīng)力超過(guò)表面的疲勞極限所造成的。

零件工作面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下引起的表面疲勞剝落破壞的現(xiàn)象。第12頁(yè)，共124頁(yè)。特點(diǎn)產(chǎn)生接觸疲勞的零件表面上出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱(chēng)麻點(diǎn)，故得名麻點(diǎn)磨損，亦稱(chēng)接觸疲勞。接觸疲勞是裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程。第13頁(yè)，共124頁(yè)。防止措施提高材料硬度；（以增加塑性變形的抗力，延緩裂紋形成和擴(kuò)展）提高材料純度；（減少裂紋源）提高零件心部強(qiáng)度和硬度，增加硬化層深度，細(xì)化硬化層組織；減小表面粗糙度，以減小摩擦力。第14頁(yè)，共124頁(yè)。④微觀斷裂磨損機(jī)理脆性材料在磨粒磨損時(shí)會(huì)使橫向裂紋互相交差或擴(kuò)散到表面，造成材料剝落。

綜合可知，磨料磨損可能是這幾種機(jī)理綜合作用的反映，而其中的某一種損害可能起主要作用。第15頁(yè)，共124頁(yè)。磨料磨損形成機(jī)制：磨料磨損與其他磨損形式在形成機(jī)制方面有顯著的不同，發(fā)生磨料磨損時(shí)，材料首先受磨料切削，并發(fā)生塑變和疲勞現(xiàn)象，形成切削，最終從表面除去。第16頁(yè)，共124頁(yè)。影響磨粒磨損的因素：①磨粒尺寸與幾何尺寸磨粒尺寸↑，金屬表面的體積磨損量↑。磨粒棱角尖銳且凸出較高時(shí)，金屬表面的體積磨損量↑。第17頁(yè)，共124頁(yè)。②磨粒硬度I區(qū)，低磨損狀態(tài)，Hm＞1.25Ha；Ⅱ區(qū)，磨損過(guò)度狀態(tài)，0.8Ha＜Hm＜1.25Ha；Ⅲ區(qū)，高磨損狀態(tài)，Hm＜0.8HaHm≈1.3Ha，可達(dá)到減小磨損量的目的。第18頁(yè)，共124頁(yè)。③模具與工件表面壓力模具與工件之間的表面壓力越大，磨粒壓入金屬表面的深度越深，則磨損量越大。④工作厚度工作厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件的深度越深，對(duì)模具的磨損量減小。第19頁(yè)，共124頁(yè)。金屬表面發(fā)生局部塑性變形磨粒嵌入金屬表面，切割金屬表面表面被劃傷第20頁(yè)，共124頁(yè)。第21頁(yè)，共124頁(yè)。第22頁(yè)，共124頁(yè)。特點(diǎn)提高表面硬度（從選材方面）；減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）。防止措施普遍存在于機(jī)件中；磨損速度較大，0.5～5μm/h第23頁(yè)，共124頁(yè)。（二）粘著磨損（咬合磨損）在滑動(dòng)摩擦條件下，摩擦副的接觸面發(fā)生金屬粘著，在隨后的相對(duì)滑動(dòng)中粘著處被破壞，有金屬屑粒被拉拽下來(lái)或者是金屬表面被擦傷的一種磨損形式。第24頁(yè)，共124頁(yè)。定義：工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，某些接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，粘合的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開(kāi)，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象稱(chēng)為粘著磨損。第25頁(yè)，共124頁(yè)。粘著磨損的種類(lèi)：①涂抹當(dāng)較軟金屬的剪切強(qiáng)度小于接觸處的粘合強(qiáng)度，也小于外加的切應(yīng)力時(shí)，剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬層內(nèi)，被剪切的軟金屬涂抹在硬金屬表面上的現(xiàn)象。②擦傷軟金屬表面有細(xì)而淺的劃痕，有時(shí)硬金屬表面也有劃傷的現(xiàn)象。第26頁(yè)，共124頁(yè)。③撕脫剪切破壞發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深處，有較深劃痕的現(xiàn)象。④咬死摩擦副之間咬死，不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。第27頁(yè)，共124頁(yè)。第28頁(yè)，共124頁(yè)。局部粘著（冷焊）粘著處被撕掉金屬表面被劃傷或者金屬屑粒脫落局部接觸接觸面積小應(yīng)力大潤(rùn)滑油膜、氧化膜被擠破第29頁(yè)，共124頁(yè)。2.1摩擦與磨損

摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤(rùn)滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。2.1.1摩擦及其分類(lèi)

兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)并消耗能量的現(xiàn)象，稱(chēng)為摩擦。有些情況下卻要利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)，摩擦制動(dòng)器等。第30頁(yè)，共124頁(yè)。2.1摩擦與磨損1.干摩擦兩物體的滑動(dòng)表面為無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬。2.

液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開(kāi)。根據(jù)摩擦副表面間的潤(rùn)滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：第31頁(yè)，共124頁(yè)。2.1摩擦與磨損3.邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)。4.混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。第32頁(yè)，共124頁(yè)。第33頁(yè)，共124頁(yè)。特點(diǎn)在滑動(dòng)摩擦條件上產(chǎn)生；摩擦副的兩種金屬力學(xué)性能相差不大；磨損速度大，10～15μm/h，破壞嚴(yán)重。第34頁(yè)，共124頁(yè)。影響粘著磨損的因素：①材料性質(zhì)材料塑性越好，粘著磨損越嚴(yán)重。②材料硬度模具材料和工件材料硬度相差越大，則磨損越小。③模具與工件表面壓力相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度一定，表面接觸壓力↑，磨損量↑④滑動(dòng)摩擦速度兩方面作用：氧化膜生成&硬度下降第35頁(yè)，共124頁(yè)。防止措施合理選材，摩擦幅配對(duì)材料選用硬度差較大的異類(lèi)材料；提高表面硬度；合理設(shè)計(jì)減小接觸壓應(yīng)力；減小表面粗糙度。第36頁(yè)，共124頁(yè)。（三）疲勞磨損零件工作面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下引起的表面疲勞剝落破壞的現(xiàn)象。第37頁(yè)，共124頁(yè)。1.定義：兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損。2.疲勞磨損的特點(diǎn)產(chǎn)生在金屬表面和亞表面內(nèi)，裂紋擴(kuò)展的方向平行于表面，或與表面成10°～30°角度。第38頁(yè)，共124頁(yè)。3.影響疲勞磨損的因素：①材料的冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量↑，抗疲勞性↑②材料的硬度硬度↑（小于HRC62）?？蛊谀芰μ岣?。③表面的粗糙度第39頁(yè)，共124頁(yè)。（四）腐蝕磨損在摩擦力和介質(zhì)聯(lián)合作用下，金屬表層的腐蝕產(chǎn)物剝落與金屬磨面間的機(jī)械磨損（粘著磨損和磨粒磨損）的一種磨損。氧化磨損微動(dòng)磨損沖蝕磨損第40頁(yè)，共124頁(yè)。當(dāng)小液滴以高速（如l000m/s）落到金屬表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，往往一次沖擊就能造成塑性變形或破壞。如果應(yīng)力較小而反復(fù)作用，則會(huì)造成點(diǎn)蝕，這種由液體束沖擊固體表面所造成的磨損，稱(chēng)為沖蝕磨損。微動(dòng)磨損：在相互壓緊的金屬表面間由于小振幅振動(dòng)而產(chǎn)生的一種復(fù)合型式的磨損。

第41頁(yè)，共124頁(yè)。小結(jié)磨損是機(jī)械零件常見(jiàn)的一種失效形式，總是從零件表面開(kāi)始發(fā)生。各種磨損的過(guò)程和機(jī)理不同，因此其預(yù)防措施也不同。提高零件表面硬度，合理設(shè)計(jì)減小壓應(yīng)力，以及提高表面光潔度等對(duì)降低磨損都有利。第42頁(yè)，共124頁(yè)。模具的腐蝕失效材料表面和周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)所引起的表面損傷現(xiàn)象?；瘜W(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕第43頁(yè)，共124頁(yè)?；瘜W(xué)腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生腐蝕電流，如金屬在高溫氧化性氣氛中、在干燥空氣中、在石油及酒精中的腐蝕……都屬于化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕電流，如金屬在潮濕空氣、海水、或電解質(zhì)溶液中的腐蝕都是電化學(xué)腐蝕。高溫氧化腐蝕電化學(xué)腐蝕應(yīng)力腐蝕第44頁(yè)，共124頁(yè)。一、高溫氧化腐蝕除Au、Pt外，金屬中在空氣中都會(huì)發(fā)生氧化，高溫會(huì)加速氧化過(guò)程。腐蝕會(huì)導(dǎo)致零件有效截面積減小，承載能力降低。在高溫含氧氣氛中工作的零件的抗高溫氧化能力是一項(xiàng)重要指標(biāo)。第45頁(yè)，共124頁(yè)。氧化過(guò)程（三個(gè)步驟）金屬失去電子成為金屬離子氧原子吸收電子成為氧離金屬離子和氧離子結(jié)合為金屬氧化物第46頁(yè)，共124頁(yè)。氧化膜形成后，將金屬基體與氧隔開(kāi)，金屬要繼續(xù)氧化必須：金屬離子及電子（由內(nèi)向外）穿過(guò)氧化膜氧原子或離子（由外向內(nèi)）穿過(guò)氧化膜氧化膜層阻止原子、離子及電子穿過(guò)氧化膜的能力，決定了材料的抗氧化性能。第47頁(yè)，共124頁(yè)。Al2O3、Cr2O3

、SiO2等氧化膜的熔點(diǎn)高，致密，阻力大；Fe2O3、Cu2O等氧化膜的熔點(diǎn)低，疏松，阻力?。辉阡撝屑尤階l、Cr、Si等元素，因其與氧的親和力比Fe大，故可優(yōu)先形成氧化物，從而阻Fe的氧化。第48頁(yè)，共124頁(yè)。二、電化學(xué)腐蝕不同金屬或同一金屬的不同部分存在電極電位差；相互接觸；有電介質(zhì)溶液。產(chǎn)生條件第49頁(yè)，共124頁(yè)。陽(yáng)極：失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)（被腐蝕）電化學(xué)腐蝕的過(guò)程陰極：得到電子發(fā)生還原反應(yīng)MMn+＋ne析氫反應(yīng)（電解質(zhì)中H+高時(shí)）吸氧反應(yīng)（電解質(zhì)中O2高時(shí)）第50頁(yè)，共124頁(yè)。腐蝕原電池(NH4)Cl碳棒鋅外殼在鋅殼上的陽(yáng)極反應(yīng)在碳棒上的陰極反應(yīng)Zn→Zn2++2e2H++2e→H2結(jié)果：Zn被離子化（腐蝕）。第51頁(yè)，共124頁(yè)。F基球墨鑄鐵在HCl中的電化學(xué)腐蝕H2F基體的電極電位比G低，故為陽(yáng)極，被腐蝕；而在陰極G上析出H2氣體。HCl水溶液第52頁(yè)，共124頁(yè)。三、應(yīng)力腐蝕（SCC）材料在應(yīng)力和特定介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂。應(yīng)力低介質(zhì)的腐蝕性小特定介質(zhì)特點(diǎn)第53頁(yè)，共124頁(yè)。常用金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)金屬材料化學(xué)介質(zhì)金屬材料化學(xué)介質(zhì)低碳鋼和低合金鋼NaOH、沸騰硝酸鹽溶液，海水、海洋及工業(yè)氣氛鋁合金氯化物、海水及海洋大氣、潮濕工業(yè)大氣奧氏體不銹鋼酸性和中性氯化物、熔融氯化物、海水鋼合金氨蒸氣、含氨氣體、含胺離子水溶液鎳基合金熱濃NaOH、HF蒸氣和溶液鈦合金發(fā)煙硝酸、300℃以上的氯化物，潮濕空氣及海水第54頁(yè)，共124頁(yè)。18-8奧氏體不銹鋼Intergranular-SCC第55頁(yè)，共124頁(yè)。四、改善零件耐蝕性的措施對(duì)于化學(xué)腐蝕，常采用以下方式：選擇抗氧化材料如耐熱鋼、高溫合金、陶瓷材料等；零件表面涂層。對(duì)于電化學(xué)腐蝕：選擇耐腐蝕材料；表面涂層；電化學(xué)保護(hù)；加緩蝕劑第56頁(yè)，共124頁(yè)。模具的過(guò)量變形失效1.過(guò)量彈性變形失效

模具在使用過(guò)程中，產(chǎn)生的彈性變形量超過(guò)模具匹配所允許的數(shù)值，使得成型的工件尺寸或成型精度不能滿(mǎn)足要求而不能服役的現(xiàn)象。2.塑性變形失效由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過(guò)修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn)象。第57頁(yè)，共124頁(yè)。模具在高溫下的

蠕變變形和斷裂失效材料在高溫下的力學(xué)行為蠕變和蠕變曲線(xiàn)材料高溫力學(xué)性能指標(biāo)高溫下零件的失效和防止第58頁(yè)，共124頁(yè)。一、材料在高溫下的力學(xué)行為高溫下材料的力學(xué)性能與常溫下有很大不同20鋼室溫抗拉強(qiáng)度:410MPa450℃短時(shí)抗拉強(qiáng)度:330MPa450℃持續(xù)工作300h斷裂應(yīng)力230MPa450℃持續(xù)工作1000h斷裂應(yīng)力120MPa第59頁(yè)，共124頁(yè)。材料的強(qiáng)度隨溫度的升高而降低高溫下材料的強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低高溫下材料的變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加第60頁(yè)，共124頁(yè)。二、蠕變和蠕變曲線(xiàn)蠕變：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過(guò)彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。

蠕變產(chǎn)生蠕變的最低溫度碳鋼300～350℃合金鋼350～400℃一般金屬材料0.3～0.4Tm陶瓷材料0.3～0.4Tm第61頁(yè)，共124頁(yè)。蠕變曲線(xiàn)根據(jù)蠕變速率的變化可將蠕變曲線(xiàn)分為三個(gè)階段I減速蠕變階段II恒速蠕變階段III加速蠕變階段第62頁(yè)，共124頁(yè)。在應(yīng)力較小或溫度較低時(shí)，蠕變第II階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)第III階段，即不發(fā)生蠕變斷裂；在應(yīng)力較大或溫度較高時(shí)，蠕變第II階段很短，甚至消失，即發(fā)生短時(shí)斷裂。第63頁(yè)，共124頁(yè)。三、材料高溫力學(xué)性能指標(biāo)蠕變極限高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料對(duì)塑性變形的抗力指標(biāo)。表示方法在規(guī)定溫度下使試樣產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的應(yīng)力值第64頁(yè)，共124頁(yè)。600℃溫度下，穩(wěn)態(tài)蠕變速度為1×10-5％/h的蠕變極限為60MPa第65頁(yè)，共124頁(yè)。給定溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使試樣產(chǎn)生一定蠕變總變形量δ的應(yīng)力值500℃溫度下，105h后總變形量為1％的蠕變極限為100MPa第66頁(yè)，共124頁(yè)。材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下抵抗斷裂的能力。持久強(qiáng)度表示方法用給定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)試樣發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力表示第67頁(yè)，共124頁(yè)。700℃溫度下，經(jīng)1000h的持久強(qiáng)度為300MPa第68頁(yè)，共124頁(yè)。四、高溫下零件的失效和防止過(guò)量塑性變形（蠕變變形）斷裂（包括蠕變斷裂、沖擊載荷及疲勞載荷下的斷裂）磨損氧化腐蝕高溫下零件的失效形式第69頁(yè)，共124頁(yè)。

正確選材；選熔點(diǎn)高、組織穩(wěn)定的材料表面處理表面鍍硬鉻、熱噴涂鋁和陶瓷等防止措施第70頁(yè)，共124頁(yè)。剛度：受外力作用的材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。強(qiáng)度：金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過(guò)容許限度的殘余變形的能力。硬度：材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱(chēng)為硬度。第71頁(yè)，共124頁(yè)。塑性：塑性是一種在某種給定載荷下,材料產(chǎn)生永久變形的材料特性。韌性：材料的斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力。

第72頁(yè)，共124頁(yè)。

模具在工作中出現(xiàn)較大裂紋或部分分離而喪失正常服役能力的現(xiàn)象稱(chēng)為斷裂失效。局部斷裂、全部斷裂五、斷裂失效第73頁(yè)，共124頁(yè)?？萍奸_(kāi)發(fā)研究中心TITANIC:沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic近代船用鋼板第74頁(yè)，共124頁(yè)。

斷裂韌性

工程上有時(shí)會(huì)出現(xiàn)材料在遠(yuǎn)低于σb的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。如1943年1月美國(guó)一艘T-2油船停泊在裝貨碼頭時(shí)斷成兩半，計(jì)算的甲板應(yīng)力為7kg/mm2，遠(yuǎn)低于σb（30-40kg/mm2）。1958,美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆炸，經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)破壞的原因是材料中存在0.1-1mm的裂紋并擴(kuò)展所致。斷裂力學(xué)認(rèn)為，材料中存在缺陷是絕對(duì)的，常見(jiàn)的缺陷是裂紋。在應(yīng)力的作用下，這些裂紋將發(fā)生擴(kuò)展，一旦擴(kuò)展失穩(wěn)，便會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力稱(chēng)為斷裂韌性?？萍奸_(kāi)發(fā)研究中心第75頁(yè)，共124頁(yè)。

油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)

科技開(kāi)發(fā)研究中心1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式第76頁(yè)，共124頁(yè)。1.韌性斷裂斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過(guò)程中吸收較多能量。2.脆性斷裂斷裂前的變形量很小，沒(méi)有明顯的塑性變形量。第77頁(yè)，共124頁(yè)。3.沿晶斷裂裂紋沿多晶體擴(kuò)展分離產(chǎn)生的斷裂。室溫下脆性斷裂，“冰糖塊”。高溫下韌性斷裂，“韌窩”4.穿晶斷裂裂紋的萌生和擴(kuò)展穿過(guò)晶粒內(nèi)部的斷裂?？赡苁谴嘈詳嗔岩部赡苁琼g性斷裂。5.混晶斷裂（準(zhǔn)解離斷裂）裂紋的擴(kuò)展形成既有穿晶型也有沿晶型。第78頁(yè)，共124頁(yè)。第79頁(yè)，共124頁(yè)。第80頁(yè)，共124頁(yè)。6.一次性斷裂模具在承受很大變形力或在沖擊載荷的作用下，產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展所形成的脆性斷裂。斷口成結(jié)晶狀。7.疲勞斷裂在較低的循環(huán)載荷作用下，工作一段時(shí)間后，由裂紋慢慢擴(kuò)展，最后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。韌性斷口具有纖維狀特征，脆性斷口具有結(jié)晶狀特征。第81頁(yè)，共124頁(yè)。第82頁(yè)，共124頁(yè)。8.正斷和切斷斷口的宏觀表面垂直于最大正應(yīng)力或最大正應(yīng)變方向的斷裂稱(chēng)為正斷。斷口的宏觀表面平行于最大切應(yīng)力方向的斷裂稱(chēng)為切斷。第83頁(yè)，共124頁(yè)。第84頁(yè)，共124頁(yè)。多種失效形式的交互作用1.磨損對(duì)斷裂的促進(jìn)作用2.磨損對(duì)塑性變形的促進(jìn)作用3.塑性變形對(duì)磨損和斷裂的促進(jìn)作用第85頁(yè)，共124頁(yè)。第二節(jié)模具的工作條件與失效形式模具失效原因---------模具工作條件冷作模具；熱作模具一、冷作模具的工作條件與失效形式冷作模具種類(lèi)：冷沖裁模、冷拉深模、冷擠壓模、冷鐓模等第86頁(yè)，共124頁(yè)。第87頁(yè)，共124頁(yè)。受力：正壓力、側(cè)壓力、摩擦力、彎曲力第88頁(yè)，共124頁(yè)。2.模具壽命與受力大小、板料厚度的關(guān)系模具刃口的受力的大小與板料的厚度和硬度有關(guān)。第89頁(yè)，共124頁(yè)。3.冷沖裁模的失效形式

模具刃口在壓力和摩擦力的作用下，最常見(jiàn)的失效形式是磨損。沖頭受力較大，而且在一次沖裁過(guò)程中經(jīng)受兩次摩擦，因而沖頭的磨損較快。磨損使模具刃口變鈍，棱角變圓，甚至發(fā)生表面剝落，從而使沖裁件毛刺增大，尺寸變差，需要對(duì)模具刃口進(jìn)行修磨在使用。第90頁(yè)，共124頁(yè)。薄板沖裁模（t≤1.5mm）和厚板沖裁模（t＞1.5mm）。薄板沖裁模受力小，失效方式：磨損厚板沖裁模受力較大，失效方式：磨損，崩刃、局部斷裂第91頁(yè)，共124頁(yè)。4.模具刃口的損傷過(guò)程①初期磨損階段(局部塑變)②穩(wěn)定磨損階段（塑變強(qiáng)化）③急劇磨損階段（疲勞剝落）第92頁(yè)，共124頁(yè)。第93頁(yè)，共124頁(yè)。（二）冷拉深模1.冷拉深模的工作條件冷拉深模主要用于板材的冷拉深成型。第94頁(yè)，共124頁(yè)。

拉深模在工作時(shí)，不易產(chǎn)生偏裁，較少出現(xiàn)應(yīng)力集中，一般凸模主要承受壓力和摩擦力，凹模主要承受徑向張力和摩擦力。由于成型力只需超過(guò)板材的屈服極限，因此模具所收沖擊力較小，單位面積的壓力也不大，但是模具型腔表面和壓邊圈的工作表面受到板材變形時(shí)的劇烈摩擦。第95頁(yè)，共124頁(yè)。2.冷拉深模的失效形式失效形式：粘著磨損、磨粒磨損冷拉深過(guò)程中，模具工作表面的局部薄弱部分負(fù)荷較重，承受的擠壓力較大，摩擦熱積累較多使溫度升高。拉深件表面產(chǎn)生擦傷或劃痕。第96頁(yè)，共124頁(yè)。（三）冷鐓模

冷鐓模是在沖擊力作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)鐓粗成型的冷作模具，主要用來(lái)加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。第97頁(yè)，共124頁(yè)。第98頁(yè)，共124頁(yè)。

冷鐓加工過(guò)程中，沖擊頻率高，可達(dá)60～120次/min，沖擊力大，金屬坯料受到強(qiáng)烈的鐓擊，同時(shí)模具受到短周期沖擊載荷作用。受力特點(diǎn)：塑性變形抗力大，工作環(huán)境差，凸模受巨大沖擊壓力和摩擦力，凹模受沖脹力和摩擦力，產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。失效形式：磨損失效、疲勞斷裂失效第99頁(yè)，共124頁(yè)。（四）冷擠壓模按金屬坯料流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向之間關(guān)系：①正擠壓②反擠壓③復(fù)合擠壓④徑向擠壓第100頁(yè)，共124頁(yè)。第101頁(yè)，共124頁(yè)。冷擠壓模的主要失效形式：

塑性變形失效、磨損失效、凸模折斷失效、疲勞斷裂失效及縱向開(kāi)裂失效、脹裂失效（凹模）第102頁(yè)，共124頁(yè)。二、熱作模具的工作條件與失效形式熱作模具包括錘鍛模、熱沖裁模和壓力鑄造模等熱作模具工作中除承受機(jī)械負(fù)荷外還承受熱負(fù)荷，失效形式比冷作模具復(fù)雜。第103頁(yè)，共124頁(yè)。（一）錘鍛模1.錘鍛模的工作條件第104頁(yè)，共124頁(yè)。（1）模具的受力①?zèng)_擊力②壓力③內(nèi)應(yīng)力（2）模具的受熱①鍛前預(yù)熱②與坯料接觸的熱③變形熱和摩擦熱第105頁(yè)，共124頁(yè)。（3）模具的冷卻為減輕錘鍛模熱負(fù)荷，在工作間歇，對(duì)模具進(jìn)行冷卻。由于加熱冷卻作用，易于產(chǎn)生熱疲勞。（4）型腔表面摩擦被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動(dòng)，將對(duì)型腔表面產(chǎn)生摩擦作用。第106頁(yè)，共124頁(yè)。2.錘鍛模的基本失效形式基本失效形式：（1）型腔部分的模壁斷裂按斷裂性質(zhì)：早期脆性斷裂和機(jī)械疲勞斷裂。早期脆性斷裂：在很大沖擊載荷下，在型腔部分受拉應(yīng)力較大薄弱處產(chǎn)生裂紋，從而斷裂。斷口宏觀形貌特征：從斷裂源開(kāi)始，裂紋呈人字花紋向外擴(kuò)展機(jī)械疲勞斷裂：模具承受多次鍛擊后發(fā)生的斷裂。斷口宏觀和微觀特征：具有一定疲勞斷口特征，裂紋擴(kuò)展區(qū)小。第107頁(yè)，共124頁(yè)。（2）型腔表面的熱疲勞

熱疲勞指熱作模具在循環(huán)熱應(yīng)力的反復(fù)作用下所產(chǎn)生的熱疲勞裂紋或破壞的現(xiàn)象。影響熱疲勞的因素：模具型腔表面的溫度變化幅度、模具材料的抗氧化性、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)。（3）型腔表面的磨損影響因素:模具溫度、模具材料的化學(xué)成分和硬度、模具型腔的表面狀況以及模具的使用條件。第108頁(yè)，共124頁(yè)。（4）模具型腔的塑性變形發(fā)生在模具型腔中受力大、受熱溫升高的部位。與坯料的變形速度和變形抗力有關(guān)。（5）模具燕尾開(kāi)裂第109頁(yè)，共124頁(yè)。（二）壓力機(jī)鍛模主要承受靜壓力和熱應(yīng)力，還受到氧化腐蝕。失效形式：脆性斷裂失效、冷熱疲勞失效、塑性變形失效、磨損失效、模具型腔表面氧化腐蝕失效。（三）熱擠壓模被加熱的金屬坯料在高溫壓應(yīng)力狀態(tài)下成型的一種模具。失效形式：斷裂失效、冷熱疲勞失效、塑性變形失效、磨損失效、模具型腔表面的氧化失效。第110頁(yè)，共124頁(yè)。（四）熱沖裁模熱沖裁模主要是用于沖切模鍛件的飛邊和連皮的模具，由凸模和凹模組成。失效形式：刃口的熱磨損失效、崩刃失效、卷邊失效、斷裂失效。（五）壓力鑄造模是在壓鑄機(jī)上用來(lái)壓鑄金屬鑄件的成型模具，主要承受液態(tài)金屬的壓力、沖刷、沖蝕和高溫作用，急冷急熱。第111頁(yè)，共124頁(yè)。第112頁(yè)，共124頁(yè)。①壓鑄鋅合金表面溫度不超過(guò)400℃，熱負(fù)荷小，模具工作壽命較長(zhǎng)。②壓鑄鋁合金表面溫度600℃，且鋁溶液容易粘附。失效形式：粘膜、侵蝕、熱疲勞、磨損、斷裂失效。③壓鑄鐵合金表面溫度高達(dá)1000℃，表面易氧化、腐蝕、塑性變形和熱裂。壓鑄幾百次就發(fā)生失效。第113頁(yè)，共124頁(yè)。三、塑料模具的工作條件與失效形式（自學(xué)內(nèi)容）第114頁(yè)，共124頁(yè)。第三節(jié)模具失效分析的方法一、模具失效分析的主要目的1.合理選擇模具材料選擇合適模具材料、熱處理工藝和表面處理工藝。2.合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)力求使各部位受載均勻、應(yīng)力流線(xiàn)分布均勻并平滑過(guò)渡。3.保證加工和裝配質(zhì)量制定合理加工與裝配工藝方案第115頁(yè)，共124頁(yè)。4.嚴(yán)格控制模具材料的質(zhì)量嚴(yán)格控制模具材料的冶金質(zhì)量、鍛造質(zhì)量、冷加工質(zhì)量和熱處理質(zhì)量。5.采用表面強(qiáng)化工藝提高模具表面的耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能。6.合理使用、維護(hù)和保養(yǎng)模具嚴(yán)格按照操作規(guī)程正確安裝和合理使用模具。減少人為因素的損傷失效或隨機(jī)失效。第116頁(yè)，共124頁(yè)。二、模具失效分析的方法和步驟1.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、斷裂件的收集和處理2.模具材料、制造工藝和工作情況調(diào)查

采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)定、金相組織分析、無(wú)損探傷等方法；復(fù)查模具材料的化學(xué)成分和冶金質(zhì)量。3.模具的工作條件和斷裂狀況分析模具