模具失效形式與強化技術探析

付波

摘要：本文以提高模具使用壽命為出發(fā)點，以Cr12型鋼為例，在對Cr12類型鋼制冷作模具失效形式做出分析的基礎上，對Cr12類型鋼制冷作模具強化技術進行了研究與探討。

關鍵詞：Cr12型鋼;模具失效;強化技術

1.Cr12類型鋼制冷作模具失效形式

1.1過載失效

模具所出現(xiàn)的過載失效是因為模具工件承受太大負荷而導致的現(xiàn)象，如果模具工件欠缺足夠的韌性，則容易出現(xiàn)開裂失效以及脆斷失效，如果模具工件欠缺足夠的強度，則容易出現(xiàn)塑性變形失效。其中，斷裂失效往往難以修復，所以屬于一種永久失效形式。這種形式包括模具產(chǎn)生開裂、折斷、爆炸等。其特征表現(xiàn)為在產(chǎn)生失效之前并不會出現(xiàn)塑變征兆，突發(fā)性是其主要的特點之一。這種形式的失效主要是由于模具工件韌性和所承載的應力，當應力高于模具工件的應力承載能力時，則多余應力則會導致工件產(chǎn)生擴展動能，從而導致模具在短時間之內(nèi)出現(xiàn)爆裂。另外，冷作模具會因為強度不足而產(chǎn)生過載失效現(xiàn)象。如冷擠壓沖頭、冷鐓中由于模具材料欠缺抗彎曲抗力、抗壓抗力等，會引發(fā)彎曲變形、下凹以及鐓粗等失效現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般與模具欠缺硬度以及工作荷載過大引起，針對這種失效形式，應當變更熱處理方式或者模具材料。

1.2磨損失效

模具所出現(xiàn)的磨損失效主要是因為被加工材料和加工材料產(chǎn)生相對運用過程中出現(xiàn)的損耗，這種磨損包括均勻磨損與不均勻磨損兩類。磨損形式十分常見的為均勻磨損，即模具工件表面尺寸出現(xiàn)均勻減少的形式。模具的不均勻磨損產(chǎn)生的原因包括碳化物、外來污物所產(chǎn)生的磨粒磨損，受到剪切力作用而出現(xiàn)的微裂紋等。任何冷作模具在工作過程中都無法完全避免磨損現(xiàn)象，所以模具使用壽命在很大程度上被模具所具有的承受磨損能力相關。當均勻磨損帶來的損耗是模具工件出現(xiàn)尺寸變化和形狀變化時，模具的尺寸與形狀就會與使用范圍不符，從而導致模具出現(xiàn)失效現(xiàn)象，因此對于工件質(zhì)量和表面尺寸具有嚴格要求的模具在確保模具不出現(xiàn)斷裂情況時，模具表面所具有的抗磨損能力對模具使用壽命發(fā)揮著決定性作用。

1.3疲勞失效

在冷作模具的制造與工作中中，加工材料所承受的加載工作應力是具有周期性的，這種應力模式和小能量多沖疲勞實驗具有相似支出。在應力應變作用中，模具會不斷產(chǎn)生微裂紋，并且這種微裂紋會不斷的擴大，從而導致冷作模具出現(xiàn)疲勞失效的情況。然而在失效形式方面，冷作模具與結構鋼具有著很大差異，這種差異體現(xiàn)為模具的壽命中很大一部分都在產(chǎn)生疲勞裂紋，大多數(shù)情況中，模具裂紋的擴展與產(chǎn)生并沒有明顯的界限。通過對疲勞失效微觀形態(tài)的分析可以看出，材料表面中集中應力的部分最容易產(chǎn)生疲勞裂紋，如表面刀痕、碳化物集中部分等。在疲勞短文所具有的形貌方面，表現(xiàn)出了與脆性斷口的相似性，由于冷作模具所具有的工作周期十分突出，并且疲勞特征也十分明顯，所以模具所出現(xiàn)的疲勞失效被認為是一種正常的失效現(xiàn)象。

2.Cr12類型鋼制冷作模具強化技術

2.1對原材料開展質(zhì)量控制

模具加工中對原材料做出良好的控制，有利于提高模具質(zhì)量，所以，在模具加工過程中，需要對原材料做出嚴格把關，避免因為材料問題而導致模具過早失效。在此方面，有必要對模具材料做出四個步驟的檢查，一是宏觀檢驗。在鋼材入庫檢驗過程中，宏觀檢驗是最為基礎的步驟，即對鋼的外觀是否存在結晶、裂紋以及破損等現(xiàn)象做出檢查，需要注意的問題包括折疊、裂縫、白點、氣泡、輸送、偏析等;二是化學成分檢驗。對模具材料所具有的化學成分做出檢驗是確保材料具有良好性能的重要保障，在此過程中，可以使用光譜分析儀器來開展檢驗工作;三是非金屬夾雜檢測。模具材料如果具有過多的非金屬夾雜，會影響材料性能，如硫化物過多會提高材料熱脆性等，因此，對非金屬夾雜量做出檢測是原材料檢測中的重要步驟;四是縣委組織檢測。采購的Cr12類鋼一般都經(jīng)過了退火處理，這種處理的目的在于對鋼的硬度進行降低，并確保鋼材方便加工，并且為熱處理工作作出準備。Cr12類鋼中往往含有許多共晶碳化物，而這些物質(zhì)所具有的不均勻性會對材料使用性能產(chǎn)生很大影響，因此，有必要對碳化物的大小與分布作出控制。

2.2確保熱處理工藝的合理性

在模具制造與加工中，模具材料選取以及熱處理工藝選取不合理是導致冷作模具提早失效的重要原因，因此在延長模具壽命方面，確保熱處理工藝的選取合理性是十分重要的。在模具熱處理過程中，過高的加熱溫度會導致過燒現(xiàn)象的出現(xiàn)，而太低的加熱溫度則會導致模具的硬度欠缺。同時回火質(zhì)量也對模具質(zhì)量產(chǎn)生著很大的影響，欠缺回火會產(chǎn)生過多的奧氏體殘留，并容易導致模具出現(xiàn)提早失效。同時，模具表面脫碳也應當需要盡量避免。

2.3強化深冷處理

相對于其他熱處理工藝而言，深冷處理具有著簡單易行的特點在Cr12MoV鋼經(jīng)過常規(guī)1020—1040℃淬火后，會出現(xiàn)約占30%的奧氏體殘余，這種物質(zhì)欠缺耐磨性以及硬度，并且容易導致磨削裂紋的產(chǎn)生。而經(jīng)過深冷處理之后，奧氏體會向馬氏體轉變，并析出超細碳化物，這能夠提高鋼的沖擊韌性、硬度、和耐磨性，并能夠?qū)崿F(xiàn)Cr12MoV鋼模具壽命以及力學性能的提升。

2.4開展表面強化處理

在確保模具基體具有較高強度和韌性基礎上，模具表面要具有較高的耐腐蝕性、耐磨性以及較低的摩擦系數(shù)等。在對這些性能做出改善的過程中，不僅要提高材料的熱處理效果，同時要重視表面處理技術的應用，如復合處理技術、表面改性、表面涂覆，對模具表面的應力狀態(tài)、組織結構以及化學成分做出改變等，這種處理效果相對于提高熱處理效果而言具有更加經(jīng)濟的特點，同時也能夠獲得較好的效果。當前模具避免處理技術有很多，在Cr12MoV鋼模具的表面強化處理中，可以應用硬化膜沉積技術、滲氮及多元復合滲技術等。

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