失效分析--模具工业材料专辑

材料微观 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与性能测试专业服务 （M2CTS） 模具工业专辑 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm Cr12MoV冷冲模具的强韧化热处理工艺 金属模具的失效原因大部分是由断裂、磨损和变形而引起，其主要原因是热处理不当和模具 加工不良。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一 金属模具事故原因所占百分比 失效 方式 热处理 不当 加工 不良 使用 不当 材料 缺陷 设计 不合理 选材 不当 其它 合计 断裂 39 12 9 1 6 3 5 75 磨损 6 1 7 变形 2 1 1 4 热裂 1 1 2 其它 2 3 5 2 12 合计 49 16 11 7 6 3 8 100 措施一、 预先热处理 冷作模具钢含碳量较高，最常用的预先热处理是球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。当常规 球化退火工艺效果不理想时，可采用调质取代，增加一道调质工序，也可利用锻后余热直接进行球化退火或 循环球化退火工艺。 Cr12MoV 钢常规淬火加热温度为 1020～1040℃，而高温调质淬火的加热温度则高达 1120℃，一方面促 进了较小碳化物的完全溶解，另一方面促进了大碳化物尖角的局部溶解；溶入基体的碳化物在随后高温回火 过程中均匀弥散析出，使钢中的碳化物形态和分布得到改善，从而提高了模具的韧性；将回火温度由 250℃ 提高到 400℃，模具最终硬度为 57～58HRC，使其脆性进一步降低，模具寿命大幅提高。 图 1 Cr12MoV钢球化退火工艺 图 2 Cr12MoV钢高温调质工艺 图 3 Cr12MoV钢轧丝模淬火回火工艺 措施二、深冷处理 在接近液氮温度（－196℃）介质中对模具钢的进行深冷处理。可以在淬火和回火工序之间进 行或在淬火回火后进行。Cr12MoV钢经 1030℃加热淬火，180℃回火，－196℃深冷处理，200℃ 回火，其 aK值比常规热处理提高 21％。采用 1060℃淬火，－196℃深冷处理和 400℃回火的M16 螺母六方冷镦冲模的使用寿命比常规工艺处理的模具提高 8～9倍。 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 3Cr2W8V热作模具钢强韧化热处理工艺 热挤压模具的高温渗碳工艺，但往往是以牺牲钢的硬度为代价的，故对提高以磨损失效为主 的模具寿命效果并不理想。因此，有必要找出一种适合的热处理工艺，以解决轴承套圈热挤压模 具的早期磨损失效问题。 试验用3Cr2W8V钢的化学成分见表二 Element C W Cr V Si M S P wt% 0.35 8.2 2.4 0.36 0.32 0.30 0.03 0.028 3Cr2W8V钢作为一种传统的、广泛使用的热作模具钢，其特点是合金元素Cr, W含量较高， 碳含量较低。在常规热处理工艺下，其合金元素与碳的匹配不适当，不能充分发挥其高合金的作用。 因此，决定采用固体高温渗碳工艺，以提高模具表面的耐磨性和红硬性，使模具心部具有较低的含 碳量，保持模具有足够的韧性，提高轴承模具的使用寿命。 3Cr2W8V钢制轴承热挤压模具经11000C高温渗碳淬、回火后，具有高的红硬性、高温耐磨性 和热稳定性，同时，还具有良好的断裂韧度和耐热疲劳性能，其原因是： （1）良好的表层压应力分布 轴承热挤模经高温渗碳后，表层和心部化学成分产生较大差异， 导致了模具表面和心部的MS点的不同，在随后的淬火过程中，发生了马氏体的转变不一致，从而 在模具表层形成了良好的压应力分布，这无疑对提高模具使用寿命是有益的。 （2）良好的表层碳浓度分布 由于是在11000C高温下进行渗碳的，钢表面空位浓度和位错密度 都有明显增加，这有利于钢中碳的扩散，使渗层碳浓度分布极为平缓，无明显转折区。因此，渗 层与基体结合性能良好，不容易剥落。经成分分析，轴承热挤压模具经高温渗碳后，其表层碳含 量为0.8%左右，这种碳浓度具有较好的力学性能。 （3）良好的渗层组织及性能 3Cr2W8V钢制轴承热挤压模具高温渗碳组织为：在回火马氏体基 体上分布着大量、细小、弥散的多种类型合金碳化物。这些优异的碳化物形态和分布能显著增加 热挤压模具的耐磨性、红硬性和热稳定性能。同时，由于高温下奥氏体成分比较均匀，使得淬火 后残余奥氏体也呈细小分布，间接地提高了模具的韧性。高温渗碳与普通渗碳相比，表层合金碳 化物无论从形态、数量以及弥散分布程度均有较大差异。高温渗碳的表层和次表层合金元素明显 “富集”，因此，增加了表面合金化程度。 （4）良好的心部组织和性能 3Cr2W8V钢制轴承热挤压模具在11000C高温下渗碳，心部组织发 生的奥氏体转变也变得比较均匀，淬火后，可得到较多的束状马氏体组织，能提高模具的韧性， 防止早期失效断裂。同时，心部组织的硬度为该钢的强韧化硬度，可达45~48HRC。因此，渗层 与基体的硬度差异小，结合力强。 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 模具断裂的几种失效原因 1． 淬火裂纹 淬火冷却过程中表面与心部的温差是产生淬火裂纹首要原因。但是通过合理设计零件形状， 同时采用分级淬火是办法，淬火开裂的现象可以避免。 分级淬火是将加热好的工件置于温度稍高过马氏体点的硝盐或碱浴中,保温一定时间,使工 件表里温度趋于一致,然后空冷或油冷。这种方法能降低模具淬火内应力,减少开裂倾向。型腔复杂, 尖角多,厚薄悬殊的模具,不允许有变形的合金钢模具,均应采用分级淬火。 2、回火裂纹 模具在淬火后应尽快回火,消除内应力,稳定组织和尺寸。在满足硬度条件下,应尽量提高回火 温度,保证均匀热透,以消除后续加工时裂纹出现。回火时也不能急速加热淬火件,因零件表面产生 收缩,内部处于膨胀状态,导致开裂!同样,回火急冷也产生开裂,这是因残余奥氏体遇急冷变成淬火 一样状态,防止开裂就必须从回火温度进行空冷。一般淬过火零件立即回火,最好在 3h内回火,也能 有效防止以后自发开裂。如当天不能回火，应将零件放在 100℃的炉中或水中进行保温，以待次 日进行正规的回火处理。 3. 脱碳开裂 产生脱碳的原因是由于加热温度过高或在空气中加热未采取适当的保护等，防止脱碳可采取 真空炉加热工件或使工件在保护气氛中加热井严格控温，谨防过烧。 4. 磨削裂纹 模具在精加工时磨削之后通过肉眼和磁粉探伤常在模具表面见到存在有磨削裂纹。比较明显 的例子是在电机定转子铁心冲槽模凹模表面常出现几条到几百条磨削裂纹。磨削裂纹的周围常常 伴随着磨削烧伤的痕迹。在烧伤带内或烧伤斑点处常发现磨削裂纹。在型腔的尖角处、模具的圆 孔处、凸模的尖角处应力集中心部位由于热量难散发常常引起磨削裂纹。 磨削裂纹形态 一般见到有三种-平行线条状；网络龟裂状；八字形裂纹；裂纹的发生方向和模具形状 有关。裂纹的发展方向和砂轮在工件表面磨削方向有关。电机定转子片冲槽模上发生的磨削裂纹 常在圆周边缘成径向发展，在圆孔处成放射状，在平面内成网络状。在模具中心部位由于冲槽间 散热较好裂纹较少。 磨削裂纹的成因 磨削裂纹主要和材料热处理有关。其次与磨削进刀量及设备有关。钢淬火后不及时回火 或回火不充分甚至不回火将极易产生模具在磨削时的裂纹。模具淬火时油冷与淬火采用硝盐 分级产生裂纹情况大不一样，淬火油冷产生裂纹的可能性要大。防止加热温度过高、尽可 能采用硝盐分级淬火、继续磨削将裂纹磨掉都是解决磨削裂纹的好办法。 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 注塑加工中的几种常见不良现象分析 1.破裂白化以及黑线 作用于塑料上的物理性作用力比塑料固有物性及结构上的支持力大的时候，因承受不了而产 生机械性破裂（Mechanical Crack） 因化学药品的作用，塑料膨胀，从而加重了内部应力，致使总应力值高出塑料的破坏强度会 产生化学应力破裂（ESC：Environmental Stress Crack）。通常会引发化学应力破裂的化学药品如 下：冰乙酸﹑增塑剂（DOP等）﹑酒精类﹑石蜡系列的油脂﹑酯﹑过多的硅系列脱模剂﹑汽油石 油等油类﹑豆油等食用油﹑溶剂类等。黑线则与使用过多再生料及模具表面污染有关。 2. 熔接线 熔接线指成型品表面形成细线的现象。熔接线发生在注塑成型时熔融树脂合流的地方。熔融 树脂填充凝固后，树脂互相遇合的界面显示在表面上，致使强度及外观降低。出现在具有两个以 上 Gate 的产品中或 Hole﹑厚度存在差异的成型品上，作为成型条件是不可避免的现象。设计模 具时，在改变 Gate位置及厚度的同时，将有可能产生熔接线的部分移动到强度及外观质量不是重 要的位置。 3.银线 银线（闪光）是指由于树脂的流动方向或不规则流动，在产品表面形成的银白色的线。 产生 的主要原因（a） 因原料含有水份及挥发物（b） 由于树脂的热分解 预防的对策：设计模具时应考虑到填充时会导致流动阻碍的产品的深度差及厚度差。模具内应 设置有效的 Gas Vent。长期大量生产时，树脂产生的气体残量累积在模具的 Vent部分，这也是造 成 Gas Vent 堵塞﹑致使银线等不良现象产生的直接原因。 4. 成型收缩 对成型品的尺寸产生影响的因素多种多样，其主要变数有模具﹑产品形状﹑成型条件及工程﹑树 脂的种类等不匹配。 下图 为几种常见塑胶材料收缩率与成型条件之间的关系。 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 模具表面涂层工艺　 模具表面处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、电火花表面强化法、渗硼法 、TD 法、PVD法、镀硬铬法、激光表面强化法、堆焊法、等离子喷涂法等等。　 1、气体氮化时，氮在氮化温度分解后产生活性氮原子(2NH3 3H2+2［N］)为金属表面吸 收渗入钢中，并且不断自表面向内扩散，形成氮化层，经氮化处理后，表面硬度可达 HV950-1200， 并能使模具具有很高的红硬性和高的疲劳强度，并提高了模具表面光洁度和抗咬合能力。　 2、离子氮化法是将待处理的模具放在真空容器中，充以一定的压力的含氮气体(如氮或氮、 氢混合气)然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作为阳极，在阴阳极之间加上 400-600 伏的直流电压，阴阳极间便产生辉光放电，容器里的气体被电离，在空间产生大量的电子与离子。 在电场的作用下，正离子冲向阴极，以很高速度轰击模具表面，将模具加热。高能正离子冲入模 具表面，获得电子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层，离子氮化可提高模具 耐磨性和疲劳强度。　 3、电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度对表面进行强化处理的工艺。它是通过火花 放电的作用， 把作为电极的导电材料溶渗进金属工作的表层，从而形成合金化的表面强化层，使 工作表面的物理、化学性能和机械性能得到改善 。例如采用 WC、TiC等硬质合金电极材料强化高 速钢或合金工具钢强化表面，能形成显微镜硬度 HV1100以上的耐磨、耐蚀和具有红硬性的强化层， 使模具的使用寿命明显地得到提高， 电火花表面强化的优点是设备简单、操作方便、耐磨性提高 显著，缺点是强化表面粗糙，强化层厚度较薄，效率较低。　 4、渗硼能显著提高模具表面硬度(HV1300-2000)和耐磨性，渗硼层还具有良好的红硬性、耐 磨性、可广泛用于模具表面强化，尤其适合在磨粒磨损条件下的模具，但渗硼层往往存在着较大 的脆性，困扰着它的应用。　 5、CVD法(化学气相沉积法)是将模具放在氢气(或其它气体)保护气氛中加热至 900-1200度 后以此气体为载气，把低温气化挥发金属的化合物气体，如四氯化钛(TiCl4)和甲烷(或其它碳氢 化合物)蒸气带入炉中，如使 TiCl4中的钛和碳氢化合物中的碳(以及钢表面的碳分)在模具表面进 行化学反应，从而生成一层所需金属化合物涂层(如碳化钛)。　 6、PVD法(物理气相沉积法)是在真空室中，把强化用的金属原子蒸发，或通过荷能粒子的轰 击，在一个电流偏压的作用下，将其吸引并沉积到工作表面形成强化层。利用 PVD法可在工作表 面沉积碳化钛、氮化钛、氧化铝等多种化合物。　 下表为香港城市大学物理及材料科学系 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 开发的及代客加工的系列涂层： 表三 镀膜种类 TiN TiCN TiAlN CrN 表面硬度 2000-2200 2500-2700 2000-2200 3000以上 摩擦系数 ~0.4 ~0.4 ~0.3 ~0.35 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 模具钢材检测手段 1． 机械性能检测 拉伸强度极限 σb和屈服极限 σ0.2，拉伸断面收缩率 ψ。 2． 显微形貌分析 图 6 5CrNiMo钢冲击试样断口 3． 晶相分析 图 7 淬火状态下 5CrNiMo钢显微组织 400× 图 8 回火状态下 5CrNiMo钢显微组织 400× 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 登陆www.cityu.org.cn 下载电子版本，pdf格式。 1．塑胶压出成型时不良现象的原因分析 2．晶粒度和元素偏析对模具寿命的影响 3．新型模具钢及应用 4．模具表面粗糙度分析技术 5．抗划伤能力分析技术 问卷调查： □我希望收到下一期新的资料？ □我有技术问题想与专家探讨？ □我想要香港城市大学深圳研发中心今后所有研讨会的通知 *****************************期待您的参与！*************************** 请填写后回传至 0755-26712010 ，我们将和您联系，并了解您的实际问题。 联系方式： 您的姓名: 您所在公司名称: _________ 您的职位: ___________ 您公司的规模: □ 50人□ 500人□ 1000人及以上 您现在最关心的问题（模具方面）： ___________ ___ 您的联系方式 （电话，Email ） _____ ____ 图片最终解释权归城大研发中心（深圳）有限公司所有。Last explain by City University of Hong Kong Shen Zhen Applied R&D Centres All right reserved. 电话： 0755-26712113; 传真 0755-26712010。网址 www.cityu.org.cn/m2cts.htm 材料微观分析与性能测试专业服务 （M2CTS） 模具钢材检测手段