第五章塑性变形失效

第五章塑性变形失效和断裂失效一、模具塑性变形失效的形式•凹模在服役中出现的型腔塌陷、型孔胀大、棱角倒塌以及冲头在服役中因出现冲头镦粗、纵向弯曲，而不能继续服役者，均属塑性变形失效。((二、模具塑性变形失效的原因（一）冷作模具塑性变形失效的原因冷作模具出现塑性变形失效的主要原因有：1.模具材料的强度水平不高；2.模具材料虽选择正确，但热处理工艺不正确，未充分发挥模具刚的强韧性；3.冲压操作不当，发生意外的超载。模具钢的屈服强度，一般随碳含量及某些合金元素含量的增多而升高。在硬度相同的条件下，不同化学成分的钢具有不同的抗压强度。（二）热作模具塑性失效的原因热作模具发生塑性变形的原因，除上述外还有一很重要的原因即高温软化。在热锻压作业中，模具的工作面与高温的坯料接触，使型腔表面温度往往超过热作模具钢的回火温度。在如此高的温度下，模具钢的强度仅为室温强度的1/2或1/3，很容易在外力作用下发生塑性变形。模具在工作时，表面的瞬时温度很难直接测量，一般可根据模具的硬度变化幅度来判断其温度场。三、模具塑性变形失效的过程（一）冷作模具塑性变形过程冷作模具的塑性变形在室温下进行，是金属材料在室温下的屈服过程。冷作模具是否发生塑性变形，主要取决于模具承受的机械载荷以及模具材料的室温强度。（二）热作模具塑性变形过程热作模具的塑性变形在较高的温度下进行，起主导作用的是热载荷。因此，热作模具是否发生塑性变形，主要决定于模具的温度和模具材料的高温强度。模具在服役过程中突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分，使模具立即丧失服役能力，属于断裂失效。常见的断裂失效形式有：崩刃、崩齿、劈裂、折断、胀裂等。二、模具断裂失效的原因模具断裂失效的原因很多，可以分为四大类，每一类的具体原因及影响因素如下表所示：一、模具断裂失效的形式分类具体原因影响因素模具结构应力集中尺寸过渡差别过大；圆角半径过小强度不足承载面积过小模具材料选材不当材料韧性太低；材料强度太低材质不良材料有冶金缺陷制造工艺应力集中圆角半径不合格；组织缺陷晶粒粗大；表面脱碳；网状碳化物；流线分布不合理操作方法啃模冲床精度不符合要求，模具安装不正确超载坯料放置不正确；冲床刚度低模具表面出现拉应力模具冷却不当；工作温度太高发生回火转变•模具在服役过程中突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分，使模具立即丧失服役能力，属于断裂失效。常见的断裂失效形式有：崩刃、崩齿、劈裂、折断、胀裂等。•三、模具断裂失效的过程模具的断裂过程，可分为一次性断裂和疲劳断裂两类。（一）一次性断裂有时模具在冲压时突然断裂，即裂纹一旦萌生后发生失稳扩展，谓一次性断裂。它的主要原因是严重超载或模具材料严重脆化（如过热、过烧、回火不足、严重的应力集中及严重的冶金缺陷等）。（二）疲劳断裂模具服役过程中，在应力最大处或应力集中处萌生裂纹，在冲压力的作用下，微裂纹缓慢扩展，模具的有效承载面积逐渐缩小，直至外加应力超过模具材料的断裂强度，模具便发生断裂。或是随着裂纹的逐渐扩展，裂纹尖端的应力强度因子不断增大，直至超过材料的断裂韧性值时，裂纹发生失稳扩展，导致模具发生脆性断裂。疲劳断裂的全过程，其寿命长短不一。通常冷作模具从萌生疲劳裂纹直到最后断裂，只需较短时间，这是由于冷作模具材料的断裂韧性较低所致。热作模具的尾部(不承受高温作用)，如存在引起应力集中的因素，可能发生机械疲劳断裂。在热作模具的工作部分，如出现较大的热应力或组织应力，有可能发生一次性开裂。多种损伤形式的交互作用模具的工作条件极为复杂。因此，一个模具上可同时出现多种损伤形式。这些损伤又相互促进，加速模具的失效。一、损伤过程之间的交互作用下列损伤过程可发生交互作用，促进各自的发展。1、磨损对疲劳及冷热疲劳的促进作用。磨损沟痕可成为疲劳裂纹及冷热疲劳裂纹的发源地，加速上述裂纹的萌生。如磨损沟痕既深又尖锐，它本身就可成为一次性断裂的起裂点。2、冷热疲劳和疲劳对磨损和断裂的促进作用。模具表面出现冷热疲劳裂纹后，表面的光洁程度严重恶化，磨损将加剧。冷热疲劳及疲劳裂纹的尖端，将引起应力集中，可成为断裂源，促进了早期断裂。二、主要失效原因的分析和判断一批模具的平均寿命，包括了各种失效形式的寿命，在探讨提高模具寿命的技术措施方案时，应当了解在这一批模具中，各种失效形式的寿命范围以及各种失效形式所占的百分数。这样，才能抓住主要的失效形式（对寿命危害最大的失效形式）。1、一种失效形式存在有多种原因交互作用时，必须查明其主要原因，为此：在分析冷作模具的断裂失效原因时，应了解在断裂过程中共有哪几种损伤过程参与交互作用。应确定每种损伤形式在交互作用中的作用地位。如果确认磨损加速了疲劳裂纹的萌生，则磨损应作为主要问题去解决。如确认磨损虽很严重，但疲劳裂纹并不萌生于磨损沟痕处，则可排除磨损对断裂的影响，需另找其它原因。2.在分析热作模具的断裂失效原因时，首先应了解裂纹与冷热疲劳的关系。如果确认断裂起源于冷热疲劳裂纹，则应将提高冷热疲劳抗力或推迟冷热疲劳，列为主要解决的问题。如果确认断裂与冷热疲劳无关时，才另外找其它的原因。3.在分析各类模具的塑性变形失效原因时，应了解是否是模具材料的强度水平不足，或是热处理工艺不合理，因而未能充分发挥此材料的强度潜力所致。前者属于设计和选材问题，后者属于制造工艺问题。因此，只有确定主要原因后，才能有的放矢，提出切实有效的技术措施。