第三章模具失效形式及機(jī)理

1、第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理學(xué)習(xí)目的和要求學(xué)習(xí)目的和要求 了解模具失效的幾種類型，熟悉磨損失了解模具失效的幾種類型，熟悉磨損失效的幾種形式以及多種失效方式的交互作用效的幾種形式以及多種失效方式的交互作用 模具失效的分類模具失效的分類經(jīng)濟(jì)法分類方式的目的：經(jīng)濟(jì)法分類方式的目的：明確失效造成損失的法律責(zé)任和經(jīng)明確失效造成損失的法律責(zé)任和經(jīng) 濟(jì)責(zé)任濟(jì)責(zé)任失效機(jī)理分類方式的目的：失效機(jī)理分類方式的目的：找出失效原因，提出防護(hù)措施找出失效原因，提出防護(hù)措施第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理屬于使用不當(dāng)造成屬于使用不當(dāng)造成的失效，應(yīng)由模具的失效，應(yīng)由模具使用者承擔(dān)責(zé)任

2、使用者承擔(dān)責(zé)任屬于其他原因?qū)儆谄渌蚧蜃匀粸?zāi)害等或自然災(zāi)害等不可抗拒的因不可抗拒的因素所導(dǎo)致的失素所導(dǎo)致的失效效目的：目的：明確失效造成損失的法律責(zé)任和經(jīng)濟(jì)責(zé)任明確失效造成損失的法律責(zé)任和經(jīng)濟(jì)責(zé)任模具的使用時(shí)間模具的使用時(shí)間已到壽命終止期，已到壽命終止期，模具使用者負(fù)責(zé)模具使用者負(fù)責(zé)屬于模具質(zhì)量屬于模具質(zhì)量問題，應(yīng)由模問題，應(yīng)由模具制造者承擔(dān)具制造者承擔(dān)責(zé)任責(zé)任目的：目的：找出失效原因，提出防護(hù)措施找出失效原因，提出防護(hù)措施模具失效模具失效斷裂失效斷裂失效塑性斷裂塑性斷裂脆性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂過量變形失效過量變形失效過量彈性變形失效過量彈性變形失效過量塑性變形失效（過量塑性變形失效

3、（局部塌陷局部塌陷,局部鐓粗局部鐓粗,型腔脹大等型腔脹大等）蠕變超限蠕變超限磨損失效磨損失效表面磨損（粘著、磨料、氧化、疲勞等）表面磨損（粘著、磨料、氧化、疲勞等）表面腐蝕（點(diǎn)、晶間、沖刷、應(yīng)力腐蝕等）表面腐蝕（點(diǎn)、晶間、沖刷、應(yīng)力腐蝕等）接觸疲勞失效接觸疲勞失效第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理第一節(jié)第一節(jié) 磨損失效磨損失效要求：要求： 1. 1.理解并掌握各種磨損的概念；理解并掌握各種磨損的概念； 2. 2.理解磨損分類及各種類型磨損機(jī)理；理解磨損分類及各種類型磨損機(jī)理； 3. 3.掌握各種類型磨損的影響因素及提高措施。掌握各種類型磨損的影響因素及提高措施。一、磨損失效的類

4、型和機(jī)理一、磨損失效的類型和機(jī)理基本概念基本概念磨損：由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)磨損：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。的現(xiàn)象。磨損失效：模具與成型坯料接觸，由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成磨磨損失效：模具與成型坯料接觸，由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成磨 損，使模具的尺寸發(fā)生變化或者改變了模具的表面狀態(tài)使損，使模具的尺寸發(fā)生變化或者改變了模具的表面狀態(tài)使 之不能服役的情況。之不能服役的情況。 第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理磨損分類磨損分類磨粒磨損磨粒磨損粘著磨損粘著磨損疲勞磨損疲勞磨損氣蝕和沖蝕磨損氣蝕和沖蝕磨損腐蝕磨損腐蝕磨損根據(jù)模具成形根據(jù)模具成形坯料不

5、同坯料不同, ,使用使用狀況不同狀況不同第一節(jié)第一節(jié) 磨損失效磨損失效磨損分類：磨損分類：( (一）磨粒磨損一）磨粒磨損 1. 1. 基本概念基本概念：工件表面的硬突出物或外來硬質(zhì)顆粒存在工件：工件表面的硬突出物或外來硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 2. 2. 主要特征主要特征：摩擦表面上有擦傷、劃痕或形成犁皺的溝痕。：摩擦表面上有擦傷、劃痕或形成犁皺的溝痕。磨損物為條狀或切屑狀。磨損物為條狀或切屑狀。表面溝槽微觀形貌圖表面溝槽微觀形貌圖外來硬質(zhì)顆粒圖外來硬質(zhì)顆粒圖 燈罩注塑模燈罩注塑

6、模 模腔表面凸臺(tái)微孔缺陷模腔表面凸臺(tái)微孔缺陷 微孔附近拉傷及夾雜物形貌微孔附近拉傷及夾雜物形貌 微孔邊緣損失形貌微孔邊緣損失形貌 磨粒磨損的主要微觀機(jī)理磨粒磨損的主要微觀機(jī)理 （1 1）微觀切削磨損機(jī)理）微觀切削磨損機(jī)理 微觀切削磨損機(jī)理示意圖微觀切削磨損機(jī)理示意圖當(dāng)磨粒當(dāng)磨粒棱角銳利棱角銳利，且具有合適角度時(shí)：，且具有合適角度時(shí)：第一階段：磨粒與材料表面作用力的垂直第一階段：磨粒與材料表面作用力的垂直 分力使磨粒壓入金屬表面分力使磨粒壓入金屬表面第二階段：磨粒與材料表面作用力的平行第二階段：磨粒與材料表面作用力的平行 分力使磨粒與金屬表面產(chǎn)生相分力使磨粒與金屬表面產(chǎn)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生切削

7、屑對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生切削屑 磨粒磨損的主要微觀機(jī)理磨粒磨損的主要微觀機(jī)理 （2 2）多次塑變磨損機(jī)理）多次塑變磨損機(jī)理 當(dāng)磨粒的當(dāng)磨粒的棱角不太尖銳棱角不太尖銳時(shí)，磨粒使金屬表面產(chǎn)生表面時(shí)，磨粒使金屬表面產(chǎn)生表面塑性變形，反復(fù)塑變使金屬表面產(chǎn)生加工硬化，最終剝落塑性變形，反復(fù)塑變使金屬表面產(chǎn)生加工硬化，最終剝落形成磨屑。形成磨屑。 （3 3）疲勞磨損機(jī)理）疲勞磨損機(jī)理 反復(fù)塑變使金屬表面分離出磨屑也有可能是因?yàn)椴牧戏磸?fù)塑變使金屬表面分離出磨屑也有可能是因?yàn)椴牧媳韺拥奈⒂^組織受磨粒作用應(yīng)力超過材料的疲勞極限而產(chǎn)表層的微觀組織受磨粒作用應(yīng)力超過材料的疲勞極限而產(chǎn)生的。生的。 （4 4）微觀斷裂磨損機(jī)

8、理）微觀斷裂磨損機(jī)理 脆性材料在磨粒磨損會(huì)使橫向裂紋互相交叉或擴(kuò)散到脆性材料在磨粒磨損會(huì)使橫向裂紋互相交叉或擴(kuò)散到材料表面，使材料脫落。材料表面，使材料脫落。 影響磨粒磨損的主要因素影響磨粒磨損的主要因素（1 1）磨粒尺寸與幾何形狀）磨粒尺寸與幾何形狀 尺寸越大，磨損量越大。棱角越尖銳，磨損量越大。尺寸越大，磨損量越大。棱角越尖銳，磨損量越大。（2 2） 磨粒硬度（磨粒硬度（H Hm m）區(qū)為低磨損狀態(tài)：區(qū)為低磨損狀態(tài)： 模具硬度模具硬度H H0 0 1.25 H1.25 Hm m區(qū)為磨損過渡狀態(tài)：區(qū)為磨損過渡狀態(tài)： 0.8 H0.8 Hm m H H0 0 1.25 H1.25 Hm m區(qū)為

9、高磨損狀態(tài)：區(qū)為高磨損狀態(tài)： H H0 0 0.8 H0.8 Hm m實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明， H H0 0 1.3 H 1.3 Hm m，就可達(dá)到減少磨損量的目的，就可達(dá)到減少磨損量的目的l 影響磨粒磨損的主要因素影響磨粒磨損的主要因素 （3 3）模具與工件表面壓力：）模具與工件表面壓力： 隨著模具與工件表面壓力增大，磨損量增大隨著模具與工件表面壓力增大，磨損量增大 （4 4）工件厚度）工件厚度 厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入深度大，則磨損小。厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入深度大，則磨損小。l 提高磨粒磨損的主要措施提高磨粒磨損的主要措施 1. 1. 提高模具材料的硬度提高模具材料的

10、硬度 2. 2. 進(jìn)行表面耐磨處理進(jìn)行表面耐磨處理 3.3.采用防護(hù)措施采用防護(hù)措施（二）粘著磨損（二）粘著磨損 1. 1. 基本概念基本概念：工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸：工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，不平，接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，粘合的節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到粘合的節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件或者脫落的現(xiàn)象。工件或者脫落的現(xiàn)象。 2. 2. 主要特征主要特征：金屬表面有細(xì)的劃痕或大小不等的結(jié)疤，摩：金屬表面有細(xì)的劃痕或大小不等的結(jié)疤，摩擦副之間有金屬轉(zhuǎn)移。擦副之間

11、有金屬轉(zhuǎn)移。磨損產(chǎn)物多磨損產(chǎn)物多為片狀或小為片狀或小顆粒。顆粒。粘著磨損典型微觀形貌圖粘著磨損典型微觀形貌圖粘著磨損機(jī)理分析粘著磨損機(jī)理分析微凸體開始微凸體開始接觸，并產(chǎn)接觸，并產(chǎn)生彈塑性變生彈塑性變形形接觸點(diǎn)形成接觸點(diǎn)形成粘著點(diǎn)粘著點(diǎn)粘著點(diǎn)附近粘著點(diǎn)附近產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋剪斷、剪斷、分離分離彈性恢復(fù)彈性恢復(fù) 根據(jù)磨損程度，分為：輕微粘著磨損（根據(jù)磨損程度，分為：輕微粘著磨損（氧化磨損氧化磨損）和和嚴(yán)重粘著磨損（嚴(yán)重粘著磨損（涂抹、擦傷、膠合涂抹、擦傷、膠合）。圖）。圖3-63-6。輕微粘著磨損（氧化磨損）輕微粘著磨損（氧化磨損）：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度低于低于模具和工模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。件

12、的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。接點(diǎn)的剪切損壞基本上發(fā)生在粘著面接點(diǎn)的剪切損壞基本上發(fā)生在粘著面上，表面材料的轉(zhuǎn)移十分輕微。上，表面材料的轉(zhuǎn)移十分輕微。粘著磨損分類粘著磨損分類涂抹：涂抹：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度介于介于模具和工件的強(qiáng)度之間時(shí)模具和工件的強(qiáng)度之間時(shí)發(fā)生。發(fā)生。接點(diǎn)的剪切損壞發(fā)生在離粘著面不遠(yuǎn)的較接點(diǎn)的剪切損壞發(fā)生在離粘著面不遠(yuǎn)的較軟金屬的淺層內(nèi)，使較軟金屬粘附并涂抹在較硬軟金屬的淺層內(nèi)，使較軟金屬粘附并涂抹在較硬金屬表面上。金屬表面上。粘著磨損分類粘著磨損分類擦傷：擦傷：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高于高于模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。接點(diǎn)接點(diǎn)剪切損壞主要發(fā)生在較軟金屬的淺層內(nèi)，有時(shí)硬金屬

13、表剪切損壞主要發(fā)生在較軟金屬的淺層內(nèi)，有時(shí)硬金屬表面也有擦痕。轉(zhuǎn)移到硬表面上的粘結(jié)物又擦削較軟表面。面也有擦痕。轉(zhuǎn)移到硬表面上的粘結(jié)物又擦削較軟表面。如銅與鋼摩擦?xí)r，剪切大多發(fā)生在銅表層內(nèi)，但鋼表面如銅與鋼摩擦?xí)r，剪切大多發(fā)生在銅表層內(nèi)，但鋼表面也殘留少量的小坑；也殘留少量的小坑；粘著磨損分類粘著磨損分類膠合（膠合（咬死）咬死）：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模具和工件的強(qiáng)度模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。時(shí)發(fā)生。 摩擦副之間粘著面積較大，不能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦副之間粘著面積較大，不能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱咬死。剪切發(fā)生在模具或工件較深的地方。稱咬死。剪切發(fā)生在模具或工件較深的地方。粘著磨損分類粘著磨損分類1

14、.1.材料性質(zhì)材料性質(zhì) 脆性材料比塑性材料粘著傾向小脆性材料比塑性材料粘著傾向小。塑性材料接點(diǎn)的斷。塑性材料接點(diǎn)的斷 裂常發(fā)生在離表面較深處，磨損下來的顆粒較大；而脆性裂常發(fā)生在離表面較深處，磨損下來的顆粒較大；而脆性材料接點(diǎn)破壞處離表面較淺，磨屑呈細(xì)片狀。材料接點(diǎn)破壞處離表面較淺，磨屑呈細(xì)片狀。 密排六方結(jié)構(gòu)的金屬材料粘著傾向小，面心立方點(diǎn)陣密排六方結(jié)構(gòu)的金屬材料粘著傾向小，面心立方點(diǎn)陣的金屬粘著傾向明顯大于其他點(diǎn)陣的金屬；的金屬粘著傾向明顯大于其他點(diǎn)陣的金屬； 多相的金屬比單相的金屬粘著傾向小多相的金屬比單相的金屬粘著傾向?。?互溶性大的材料互溶性大的材料( (包括相同金屬或相同晶格類型的

15、金包括相同金屬或相同晶格類型的金屬屬) )所組成的摩擦副粘著傾向大；互溶性小的材料所組成的摩擦副粘著傾向大；互溶性小的材料( (異種金異種金屬或晶格結(jié)構(gòu)不相近的金屬屬或晶格結(jié)構(gòu)不相近的金屬) )組成的摩擦副粘著傾向小。組成的摩擦副粘著傾向小。影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素 （2 2）材料硬度）材料硬度 兩材料硬度相近時(shí)，粘著磨損嚴(yán)重。兩材料硬度相近時(shí)，粘著磨損嚴(yán)重。 （3 3）表面壓力）表面壓力 表面壓力超過材料硬度的表面壓力超過材料硬度的1/31/3時(shí)，粘著磨損嚴(yán)重。時(shí)，粘著磨損嚴(yán)重。 l T1 T1（接觸壓應(yīng)力小于材料硬度的（接觸壓應(yīng)力小于材料硬度的1/31/3），磨損主要是通過氧化

16、碎屑的），磨損主要是通過氧化碎屑的脫落而產(chǎn)生的，屬于輕微氧化磨損脫落而產(chǎn)生的，屬于輕微氧化磨損區(qū)；區(qū)；l T1T1與與T2T2之間為嚴(yán)重磨損區(qū)，磨屑之間為嚴(yán)重磨損區(qū)，磨屑尺寸增大，加厚，且多為金屬屑；尺寸增大，加厚，且多為金屬屑；l 當(dāng)載荷繼續(xù)增大超過當(dāng)載荷繼續(xù)增大超過T2T2后，表面后，表面內(nèi)摩擦增大而溫度很高，可能發(fā)生內(nèi)摩擦增大而溫度很高，可能發(fā)生相變，并形成白層，形成不易破碎相變，并形成白層，形成不易破碎的氧化膜，因而耐磨。的氧化膜，因而耐磨。影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素 合理選用模具材料合理選用模具材料 選與工件互溶性小的材料，減小親合力，降低粘結(jié)的選與工件互溶性小的材料，減小

17、親合力，降低粘結(jié)的 可能性?？赡苄浴?合理選用潤滑劑和添加劑合理選用潤滑劑和添加劑 潤滑油膜一方面可防止金屬表面直接接觸，另一方面潤滑油膜一方面可防止金屬表面直接接觸，另一方面 可減小摩擦，成倍提高抗粘著磨損的能力?？蓽p小摩擦，成倍提高抗粘著磨損的能力。 采用表面處理采用表面處理 采用表面處理改變摩擦表面金屬組織結(jié)構(gòu)，避免同類采用表面處理改變摩擦表面金屬組織結(jié)構(gòu)，避免同類 金屬表面接觸。金屬表面接觸。提高耐粘著磨損性能的措施提高耐粘著磨損性能的措施 （三）疲勞磨損（三）疲勞磨損 1 1 基本概念：基本概念： 兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械

18、應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象。力）的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象。 2 2 微觀表面特征：微觀表面特征： 接觸疲勞磨損，主要特征為磨損表面有裂紋、小坑（豆接觸疲勞磨損，主要特征為磨損表面有裂紋、小坑（豆?fàn)睢⒇悮罨虿灰?guī)則形狀）等，磨損產(chǎn)物為塊狀或餅狀。狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀）等，磨損產(chǎn)物為塊狀或餅狀。 如：特別是脆如：特別是脆性、帶棱角的性、帶棱角的非金屬夾雜物。非金屬夾雜物。提高耐疲勞磨損性能措施提高耐疲勞磨損性能措施潤滑劑可避免模具與工件表面直接接觸，并均化接觸應(yīng)力，緩潤滑劑可避免模具與工件表面直接接觸，并均化接觸應(yīng)力，緩沖沖擊。潤滑劑粘度越高越好，固體潤滑劑比液體

19、潤滑劑好。沖沖擊。潤滑劑粘度越高越好，固體潤滑劑比液體潤滑劑好。采用噴丸、滾壓等強(qiáng)化方法，使模具工作表面金屬受壓縮產(chǎn)生采用噴丸、滾壓等強(qiáng)化方法，使模具工作表面金屬受壓縮產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生宏觀壓縮應(yīng)力，有利于提高抗疲勞磨損的能塑性變形，并產(chǎn)生宏觀壓縮應(yīng)力，有利于提高抗疲勞磨損的能力。力。氣蝕磨損氣蝕磨損 金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面產(chǎn)生微小麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象，稱為氣蝕磨損。表面產(chǎn)生微小麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象，稱為氣蝕磨損。 （四）氣蝕磨損與沖蝕磨損（四）氣蝕磨損與沖蝕磨損舉例：水泵汽蝕：原因在水泵進(jìn)口處，由于吸水高所形成的真空，以

20、及舉例：水泵汽蝕：原因在水泵進(jìn)口處，由于吸水高所形成的真空，以及葉輪高速放置而往往使該處壓力很低，從而為水的汽化提供了條件。葉輪高速放置而往往使該處壓力很低，從而為水的汽化提供了條件。當(dāng)壓力降低到水溫的汽化壓力時(shí)，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡，當(dāng)壓力降低到水溫的汽化壓力時(shí)，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡，隨未汽化的水流入葉輪內(nèi)部高壓區(qū)，汽泡在高壓作用下在極短的時(shí)間隨未汽化的水流入葉輪內(nèi)部高壓區(qū)，汽泡在高壓作用下在極短的時(shí)間內(nèi)破裂，并重新凝結(jié)成水，汽泡周圍的水迅速向破裂汽泡的中心集中內(nèi)破裂，并重新凝結(jié)成水，汽泡周圍的水迅速向破裂汽泡的中心集中而產(chǎn)生很大的沖擊力。這種沖擊力作用在水泵的壁上，就形成了

21、對(duì)水而產(chǎn)生很大的沖擊力。這種沖擊力作用在水泵的壁上，就形成了對(duì)水泵的汽蝕。泵的汽蝕。 氣蝕形成的原因主要是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞。氣蝕形成的原因主要是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞。 沖蝕磨損沖蝕磨損 液體和固體微小顆粒高速落到模具表面，反復(fù)沖擊模液體和固體微小顆粒高速落到模具表面，反復(fù)沖擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象，稱為沖蝕磨損。象，稱為沖蝕磨損。（四）氣蝕磨損與沖蝕磨損（四）氣蝕磨損與沖蝕磨損 （五）腐蝕磨損（五）腐蝕磨損 1 1 基本概念：在摩擦過程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化基本概念：在摩擦過程中，模

22、具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦機(jī)械力的作用，引起表層材學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦機(jī)械力的作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象。料脫落的現(xiàn)象。 （腐蝕（腐蝕+ +磨損）磨損）腐蝕磨損，它的主要特征是磨損表面有化學(xué)反應(yīng)膜或小麻腐蝕磨損，它的主要特征是磨損表面有化學(xué)反應(yīng)膜或小麻點(diǎn)，但麻點(diǎn)比較光滑。磨損物為薄的碎片或粉末。典型工點(diǎn)，但麻點(diǎn)比較光滑。磨損物為薄的碎片或粉末。典型工件如汽缸與活塞、船舶外殼、水力發(fā)電的水輪機(jī)葉片等。件如汽缸與活塞、船舶外殼、水力發(fā)電的水輪機(jī)葉片等。2 2 微觀機(jī)制：微觀機(jī)制： 腐蝕磨損常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，尤其在有酸、堿、腐蝕磨損常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，

23、尤其在有酸、堿、鹽等特殊條件下最易發(fā)生。鹽等特殊條件下最易發(fā)生。 模具常見的腐蝕磨損形式有：模具常見的腐蝕磨損形式有：氧化腐蝕磨損、特殊介質(zhì)腐氧化腐蝕磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損。蝕磨損。3 3 腐蝕磨損分類腐蝕磨損分類 （1 1）氧化磨損：模具表面的氧化層由于金屬表層凸峰）氧化磨損：模具表面的氧化層由于金屬表層凸峰的塑性變形而脫落的現(xiàn)象。的塑性變形而脫落的現(xiàn)象。 氧化磨損的速度與氧化膜的性質(zhì)有關(guān)氧化磨損的速度與氧化膜的性質(zhì)有關(guān) （2 2）特殊介質(zhì)磨損：在摩擦力的作用下，金屬表面與）特殊介質(zhì)磨損：在摩擦力的作用下，金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所形成化合物發(fā)生酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)

24、反應(yīng)所形成化合物發(fā)生脫落的現(xiàn)象。脫落的現(xiàn)象。 （3 3）微動(dòng)磨損）微動(dòng)磨損模具的嵌合部位或過盈配合處，模具的嵌合部位或過盈配合處，在循環(huán)載荷或振動(dòng)的作用下，在循環(huán)載荷或振動(dòng)的作用下，雖然不產(chǎn)生宏觀的相對(duì)位移，雖然不產(chǎn)生宏觀的相對(duì)位移，但卻產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng)，在但卻產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng)，在配合面上有氧化物磨損粉末產(chǎn)配合面上有氧化物磨損粉末產(chǎn)生，而且不易向外排出。生，而且不易向外排出。該處兼有氧化磨損、該處兼有氧化磨損、磨粒磨損和粘著磨磨粒磨損和粘著磨損的特征。損的特征。（六）磨損的交互作用（六）磨損的交互作用腐蝕磨損腐蝕磨損磨粒磨損磨粒磨損疲勞磨損疲勞磨損粘著磨損粘著磨損磨損的交互作用圖要求：要求

25、： 了解斷裂分類及形式，掌握斷裂力學(xué)在模具失效分了解斷裂分類及形式，掌握斷裂力學(xué)在模具失效分析中的作用，影響斷裂失效的主要因素析中的作用，影響斷裂失效的主要因素第二節(jié)第二節(jié) 斷裂失效斷裂失效 基本概念：模具在工作中出現(xiàn)較大裂紋或分離為兩部分或基本概念：模具在工作中出現(xiàn)較大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分而喪失正常服役能力的現(xiàn)象，稱為斷裂失效。數(shù)部分而喪失正常服役能力的現(xiàn)象，稱為斷裂失效。第二節(jié)第二節(jié) 斷裂失效斷裂失效a）折斷）折斷 b）劈裂）劈裂 c）掉塊）掉塊 d）龜裂）龜裂 e）深熱裂）深熱裂斷裂分類及其特征斷裂分類及其特征根據(jù)金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形的大小分。根據(jù)金屬材料斷裂前所產(chǎn)生

26、的宏觀塑性變形的大小分。一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5 5為脆性斷裂；為脆性斷裂；大于大于5 5為韌性斷裂。為韌性斷裂。 韌性斷裂韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過程中吸收：斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過程中吸收較多的能量，一般是在高于材料屈服應(yīng)力條件下的高能斷裂。較多的能量，一般是在高于材料屈服應(yīng)力條件下的高能斷裂。 斷口的宏觀特征：截面尺寸減小，有縮頸現(xiàn)象，斷口呈灰暗斷口的宏觀特征：截面尺寸減小，有縮頸現(xiàn)象，斷口呈灰暗色纖維狀。色纖維狀。斷裂類型斷裂類型形成纖維區(qū)斷口的斷裂機(jī)制一般是形成纖維區(qū)斷口的斷裂機(jī)制一般是 “ “微孔微孔

27、聚合聚合”，在電子顯微鏡中呈，在電子顯微鏡中呈韌窩狀花樣韌窩狀花樣。韌。韌窩是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微窩是材料在微區(qū)范圍內(nèi)塑性變形產(chǎn)生的顯微空洞，經(jīng)形核空洞，經(jīng)形核/ /長大長大/ /聚集，最后相互連接而聚集，最后相互連接而導(dǎo)致斷裂后，在斷口表面所留下的痕跡。導(dǎo)致斷裂后，在斷口表面所留下的痕跡。 脆性斷裂脆性斷裂：斷裂前的變形量較小，沒有明顯的塑性變形，斷：斷裂前的變形量較小，沒有明顯的塑性變形，斷裂過程中吸收能量小。裂過程中吸收能量小。斷口的宏觀特征：截面尺寸無明顯變化，不產(chǎn)生縮頸。斷口的宏觀特征：截面尺寸無明顯變化，不產(chǎn)生縮頸。微觀形貌：有放射性花樣。微觀形貌：有放射性花樣。模具

28、材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂性質(zhì)多為脆性斷裂。模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂性質(zhì)多為脆性斷裂。脆性斷裂一般發(fā)生在脆性斷裂一般發(fā)生在高強(qiáng)度高強(qiáng)度或或低低延展性、低韌性延展性、低韌性的金屬和合金上。的金屬和合金上。在下列情況下，有較好延展性的在下列情況下，有較好延展性的金屬也會(huì)發(fā)生脆性斷裂，如低溫，金屬也會(huì)發(fā)生脆性斷裂，如低溫，厚截面，高應(yīng)變率（如沖擊），或厚截面，高應(yīng)變率（如沖擊），或是有缺陷。是有缺陷。脆性斷裂引起材料失效一般是因脆性斷裂引起材料失效一般是因?yàn)闆_擊，而非過載。為沖擊，而非過載。 第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理脆性斷裂脆性斷裂 1 1）一次性斷裂）一次性斷裂指在

29、指在 承受很大變形力或在沖擊載荷的承受很大變形力或在沖擊載荷的作用下，裂紋產(chǎn)生并迅速發(fā)展所造成的斷裂。斷口呈結(jié)作用下，裂紋產(chǎn)生并迅速發(fā)展所造成的斷裂。斷口呈結(jié)晶狀。晶狀。2 2）疲勞斷裂）疲勞斷裂指在較低應(yīng)力下，經(jīng)反復(fù)使用，裂紋緩指在較低應(yīng)力下，經(jīng)反復(fù)使用，裂紋緩慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。斷口呈纖維狀。慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。斷口呈纖維狀。第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理三、一次性斷裂三、一次性斷裂 包括穿晶斷裂，沿晶斷裂包括穿晶斷裂，沿晶斷裂（一）穿晶斷裂（一）穿晶斷裂 是一種解理斷裂，指沿著特定的晶面的斷裂。是一種解理斷裂，指沿著特定的晶面的斷裂。 解理面一般是低指數(shù)或表面能最低的

30、晶面，如體心立方的解理面為解理面一般是低指數(shù)或表面能最低的晶面，如體心立方的解理面為001001，密排六方為，密排六方為00010001。 解理斷裂常見于體心立方和密排六方金屬及合金，低溫、沖擊載荷和解理斷裂常見于體心立方和密排六方金屬及合金，低溫、沖擊載荷和應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生。面心立方金屬很少發(fā)生解理斷裂應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生。面心立方金屬很少發(fā)生解理斷裂。 第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理1.位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)塞積理論 該理論的核心是位錯(cuò)遇障礙受阻，形成位錯(cuò)塞積群，產(chǎn)該理論的核心是位錯(cuò)遇障礙受阻，形成位錯(cuò)塞積群，產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)該應(yīng)力中的正應(yīng)力達(dá)到材料斷裂強(qiáng)

31、度時(shí)，即生應(yīng)力集中。當(dāng)該應(yīng)力中的正應(yīng)力達(dá)到材料斷裂強(qiáng)度時(shí)，即萌生裂紋。萌生裂紋。第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理2.位錯(cuò)反應(yīng)理論位錯(cuò)反應(yīng)理論 在體心立方金屬中，有滑移面在體心立方金屬中，有滑移面(101)(101)上滑動(dòng)的位錯(cuò)和在上滑動(dòng)的位錯(cuò)和在滑移面滑移面( )( )上滑動(dòng)的位錯(cuò)在滑移面交線上滑動(dòng)的位錯(cuò)在滑移面交線010010處相遇，發(fā)處相遇，發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)，形成新位錯(cuò)。但新形成的位錯(cuò)線在生位錯(cuò)反應(yīng)，形成新位錯(cuò)。但新形成的位錯(cuò)線在(001)(001)面上，面上，由于由于(001)(001)不是體心立方金屬的固有滑移面，故不是體心立方金屬的固有滑移面，故 001001為不為不動(dòng)

32、位錯(cuò)。于是在此不動(dòng)位錯(cuò)后的幾個(gè)位錯(cuò)塞積便可使晶體動(dòng)位錯(cuò)。于是在此不動(dòng)位錯(cuò)后的幾個(gè)位錯(cuò)塞積便可使晶體沿沿(001)(001)解理面形成解理裂紋。解理面形成解理裂紋。第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理 解理斷裂通常是宏觀脆性斷裂，它的裂紋發(fā)展十分迅速，解理斷裂通常是宏觀脆性斷裂，它的裂紋發(fā)展十分迅速，常常造成零件或構(gòu)建災(zāi)難性的總崩潰。常常造成零件或構(gòu)建災(zāi)難性的總崩潰。斷口特征斷口特征： “ “河流花樣河流花樣”，河流花樣中的每條支流都對(duì)，河流花樣中的每條支流都對(duì)應(yīng)著一個(gè)不同高度的相互平行的解理面之間的臺(tái)階。解理裂紋應(yīng)著一個(gè)不同高度的相互平行的解理面之間的臺(tái)階。解理裂紋擴(kuò)展過程中，眾

33、多的臺(tái)階相互匯合，便形成了河流花樣。河流擴(kuò)展過程中，眾多的臺(tái)階相互匯合，便形成了河流花樣。河流的流向恰好與裂紋擴(kuò)展方向一致?？梢愿鶕?jù)河流花樣的流向，的流向恰好與裂紋擴(kuò)展方向一致?？梢愿鶕?jù)河流花樣的流向，判斷解理裂紋在微觀區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)展方向。判斷解理裂紋在微觀區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)展方向。 110第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（ 二）沿晶斷裂二）沿晶斷裂 裂紋沿晶界擴(kuò)展造成的斷裂。裂紋沿晶界擴(kuò)展造成的斷裂。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：(1)(1)晶界上有脆性沉淀相。晶界上有脆性沉淀相。 如如AlNAlN粒子在鋼的晶界面上的分布，奧氏體粒子在鋼的晶界面上的分布，奧氏體NiCrNiCr鋼中鋼中形成的連

34、續(xù)網(wǎng)狀碳化物。形成的連續(xù)網(wǎng)狀碳化物。(2)(2)晶界有使其弱化的夾雜物。晶界有使其弱化的夾雜物。 如鋼中晶界上存在如鋼中晶界上存在P P、S S、AsAs、SbSb、SnSn等元素。等元素。(3)(3)環(huán)境因素與晶界相互作用造成的晶界弱化或脆化環(huán)境因素與晶界相互作用造成的晶界弱化或脆化 如高溫蠕變條件下的晶界弱化，應(yīng)力腐蝕條件下晶界易如高溫蠕變條件下的晶界弱化，應(yīng)力腐蝕條件下晶界易于優(yōu)先腐蝕等，均促使沿晶斷裂產(chǎn)生。于優(yōu)先腐蝕等，均促使沿晶斷裂產(chǎn)生。宏觀形貌宏觀形貌沿晶脆性斷裂斷口宏觀形貌一般有兩沿晶脆性斷裂斷口宏觀形貌一般有兩類：類： (1)(1)晶粒特別粗大時(shí)形成石塊或冰糖晶粒特別粗大時(shí)形成

35、石塊或冰糖狀斷口；狀斷口； (2)(2)晶粒較細(xì)時(shí)形成結(jié)晶狀斷口。沿晶粒較細(xì)時(shí)形成結(jié)晶狀斷口。沿晶斷裂的結(jié)晶狀斷口比解理斷裂的晶斷裂的結(jié)晶狀斷口比解理斷裂的結(jié)晶狀斷口反光能力稍差，顏色黯結(jié)晶狀斷口反光能力稍差，顏色黯淡。淡。微觀形貌微觀形貌結(jié)晶狀斷口結(jié)晶狀斷口冰糖狀斷口冰糖狀斷口預(yù)防措施預(yù)防措施（1 1）提高材料的純潔度，減少有害雜質(zhì)元素的沿晶分布。）提高材料的純潔度，減少有害雜質(zhì)元素的沿晶分布。（2 2）嚴(yán)格控制熱加工質(zhì)量和環(huán)境溫度，防止過熱、過燒）嚴(yán)格控制熱加工質(zhì)量和環(huán)境溫度，防止過熱、過燒及高溫氧化。及高溫氧化。（3 3）減少晶界與環(huán)境因素間的交互作用。）減少晶界與環(huán)境因素間的交互作用。

36、（4 4）降低金屬表面的殘余拉應(yīng)力，以防止局部三向拉應(yīng)）降低金屬表面的殘余拉應(yīng)力，以防止局部三向拉應(yīng)力狀態(tài)的產(chǎn)生。力狀態(tài)的產(chǎn)生。 第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理四、四、疲勞斷裂疲勞斷裂fatigue fracture 模具在循環(huán)載荷下服役一段時(shí)間后發(fā)生的斷裂。模具在循環(huán)載荷下服役一段時(shí)間后發(fā)生的斷裂。 條件：超出材料的疲勞極限條件：超出材料的疲勞極限 兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展。（一）裂紋萌生（一）裂紋萌生 疲勞斷裂的萌生途徑疲勞斷裂的萌生途徑第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（二）裂紋擴(kuò)展（二）裂紋擴(kuò)展 兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：第一階段：第一階段：裂紋與裂紋與拉應(yīng)力方向呈拉應(yīng)力方向呈4545o o角。角。第二階段第二階段：裂紋與裂紋與拉應(yīng)力方向垂直。拉應(yīng)力方向垂直。NoImage 疲勞斷口一般可劃分為三個(gè)區(qū)：疲勞斷口一般可劃分為三個(gè)區(qū)： 平滑區(qū)、平滑區(qū)、“年輪年