第三章模具失效形式及机理

1、第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 学习目的和要求学习目的和要求 了解模具失效的几种类型，了解模具失效的几种类型，熟悉磨损失熟悉磨损失 效的几种形式以及多种失效方式的交互作用效的几种形式以及多种失效方式的交互作用 第三章模具失效形式及机理 模具失效的分类模具失效的分类 经济法分类方式的目的：明确失效造成损失的法律责任和经经济法分类方式的目的：明确失效造成损失的法律责任和经 济责任济责任 失效机理分类方式的目的：找出失效原因，提出防护措施失效机理分类方式的目的：找出失效原因，提出防护措施 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 第三章模具失效

2、形式及机理 属于使用不当造成属于使用不当造成 的失效，应由模具的失效，应由模具 使用者承担责任使用者承担责任 属于其他原因属于其他原因 或自然灾害等或自然灾害等 不可抗拒的因不可抗拒的因 素所导致的失素所导致的失 效效 目的：明确失效造成损失的法律责任和经济责任目的：明确失效造成损失的法律责任和经济责任 模具的使用时间模具的使用时间 已到寿命终止期，已到寿命终止期， 模具使用者负责模具使用者负责 属于模具质量属于模具质量 问题，应由模问题，应由模 具制造者承担具制造者承担 责任责任 第三章模具失效形式及机理 目的：找出失效原因，提出防护措施目的：找出失效原因，提出防护措施 第三章模具失效形式及

3、机理 模具失效模具失效 断裂失效断裂失效 塑性断裂塑性断裂 脆性断裂脆性断裂 疲劳断裂疲劳断裂 过量变形失效过量变形失效 过量弹性变形失效过量弹性变形失效 过量塑性变形失效（过量塑性变形失效（局部塌陷局部塌陷,局部镦粗局部镦粗,型腔胀大等型腔胀大等） 蠕变超限蠕变超限 磨损失效磨损失效 表面磨损（粘着、磨料、氧化、疲劳等）表面磨损（粘着、磨料、氧化、疲劳等） 表面腐蚀（点、晶间、冲刷、应力腐蚀等）表面腐蚀（点、晶间、冲刷、应力腐蚀等） 接触疲劳失效接触疲劳失效 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 第一节第一节 磨损失效磨损失效 要求：要求： 1.1.理

4、解并掌握各种理解并掌握各种磨损的概念；磨损的概念； 2. 2.理解磨损分类及各种类型磨损机理；理解磨损分类及各种类型磨损机理； 3. 3.掌握各种类型磨损的影响因素及提高措施。掌握各种类型磨损的影响因素及提高措施。 第三章模具失效形式及机理 一、磨损失效的类型和机理一、磨损失效的类型和机理 基本概念基本概念 磨损：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质磨损：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质 的现象。的现象。 磨损失效：模具与成型坯料接触，由于表面的相对运动造成磨磨损失效：模具与成型坯料接触，由于表面的相对运动造成磨 损，使模具的尺寸发生变化或者改变了模具的表面状态使损，使模具的尺

5、寸发生变化或者改变了模具的表面状态使 之不能服役的情况。之不能服役的情况。 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 磨损分类磨损分类 磨粒磨损磨粒磨损 粘着磨损粘着磨损 疲劳磨损疲劳磨损 气蚀和冲蚀磨损气蚀和冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 根据模具成形根据模具成形 坯料不同坯料不同, ,使用使用 状况不同状况不同 第一节第一节 磨损失效磨损失效 磨损分类：磨损分类： 第三章模具失效形式及机理 ( (一）磨粒磨损一）磨粒磨损 1. 1. 基本概念：工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工件基本概念：工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工件 与模具接触表面之间，刮擦

6、模具表面，引起模具表面材料脱落与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落 的现象。的现象。 2. 2. 主要特征：摩擦表面上有擦伤、划痕或形成犁皱的沟痕。主要特征：摩擦表面上有擦伤、划痕或形成犁皱的沟痕。 磨损物为条状或切屑状。磨损物为条状或切屑状。 表面沟槽微观形貌图表面沟槽微观形貌图 外来硬质颗粒图外来硬质颗粒图 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 灯罩注塑模灯罩注塑模 模腔表面凸台微孔缺陷模腔表面凸台微孔缺陷 微孔附近拉伤及夹杂物形貌微孔附近拉伤及夹杂物形貌 微孔边缘损失形貌微孔边缘损失形貌 第三章模具失效形式及机理 磨粒磨损的主要微观机理磨粒磨损的主要微观机

7、理 （1 1）微观切削磨损机理）微观切削磨损机理 微观切削磨损机理示意图微观切削磨损机理示意图 当磨粒棱角锐利，且具有合适角度时：当磨粒棱角锐利，且具有合适角度时： 第一阶段：磨粒与材料表面作用力的垂直第一阶段：磨粒与材料表面作用力的垂直 分力使磨粒压入金属表面分力使磨粒压入金属表面 第二阶段：磨粒与材料表面作用力的平行第二阶段：磨粒与材料表面作用力的平行 分力使磨粒与金属表面产生相分力使磨粒与金属表面产生相 对运动，从而产生切削屑对运动，从而产生切削屑 第三章模具失效形式及机理 磨粒磨损的主要微观机理磨粒磨损的主要微观机理 （2 2）多次塑变磨损机理）多次塑变磨损机理 当磨粒的棱角不太尖锐时

8、，磨粒使金属表面产生表面塑性当磨粒的棱角不太尖锐时，磨粒使金属表面产生表面塑性 变形，反复塑变使金属表面产生加工硬化，最终剥落形成磨屑。变形，反复塑变使金属表面产生加工硬化，最终剥落形成磨屑。 （3 3）疲劳磨损机理）疲劳磨损机理 反复塑变使金属表面分离出磨屑也有可能是因为材料表层反复塑变使金属表面分离出磨屑也有可能是因为材料表层 的微观组织受磨粒作用应力超过材料的疲劳极限而产生的。的微观组织受磨粒作用应力超过材料的疲劳极限而产生的。 （4 4）微观断裂磨损机理）微观断裂磨损机理 脆性材料在磨粒磨损会使横向裂纹互相交叉或扩散到材料脆性材料在磨粒磨损会使横向裂纹互相交叉或扩散到材料 表面，使材料

9、脱落。表面，使材料脱落。 第三章模具失效形式及机理 影响磨粒磨损的主要因素影响磨粒磨损的主要因素 （1 1）磨粒尺寸与几何形状）磨粒尺寸与几何形状 尺寸越大，磨损量越大。棱角越尖锐，磨损量越大。尺寸越大，磨损量越大。棱角越尖锐，磨损量越大。 （2 2） 磨粒硬度（磨粒硬度（H Hm m） 区为低磨损状态：区为低磨损状态： 模具硬度模具硬度H H0 0 1.25 H1.25 Hm m 区为磨损过渡状态：区为磨损过渡状态： 0.8 H0.8 Hm m H H0 0 1.25 H1.25 Hm m 区为高磨损状态：区为高磨损状态： H H0 0 0.8 H0.8 Hm m 实际经验表明，实际经验表明

10、， H H0 0 1.3 H 1.3 Hm m，就可达到减少磨损量的目的，就可达到减少磨损量的目的 第三章模具失效形式及机理 l 影响磨粒磨损的主要因素影响磨粒磨损的主要因素 （3 3）模具与工件表面压力：）模具与工件表面压力： 随着模具与工件表面压力增大，磨损量增大随着模具与工件表面压力增大，磨损量增大 （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，则磨损小。厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入深度大，则磨损小。 第三章模具失效形式及机理 l 提高磨粒磨损的主要措施提高磨粒磨损的主要措施 1. 1. 提高模具材料的硬度提高模具材料的硬度 2. 2. 进行表面耐磨处理进行表

11、面耐磨处理 3.3.采用防护措施采用防护措施 第三章模具失效形式及机理 （二）粘着磨损（二）粘着磨损 1. 1. 基本概念：工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸基本概念：工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸 不平，接触点局部应力超过了材料的屈服强度发生粘合，不平，接触点局部应力超过了材料的屈服强度发生粘合， 粘合的节点发生剪切断裂而拽开，使模具表面材料转移到粘合的节点发生剪切断裂而拽开，使模具表面材料转移到 工件或者脱落的现象。工件或者脱落的现象。 2. 2. 主要特征：金属表面有细的划痕或大小不等的结疤，摩主要特征：金属表面有细的划痕或大小不等的结疤，摩 擦副之间有金属转移。擦副之间有金

12、属转移。 磨损产物多磨损产物多 为片状或小为片状或小 颗粒。颗粒。 粘着磨损典型微观形貌图粘着磨损典型微观形貌图 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 粘着磨损机理分析粘着磨损机理分析 微凸体开始微凸体开始 接触，并产接触，并产 生弹塑性变生弹塑性变 形形 接触点形成接触点形成 粘着点粘着点 粘着点附近粘着点附近 产生裂纹产生裂纹 剪断、剪断、 分离分离 弹性恢复弹性恢复 第三章模具失效形式及机理 根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（氧化磨损）氧化磨损）和和 严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶合）。图严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶

13、合）。图3-63-6。 轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和工轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和工 件的强度时发生。件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着面接点的剪切损坏基本上发生在粘着面 上，表面材料的转移十分轻微。上，表面材料的转移十分轻微。 粘着磨损分类粘着磨损分类 第三章模具失效形式及机理 涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时发涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时发 生。生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较软金接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较软金 属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬金属表属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬金属表

14、面上。面上。 粘着磨损分类粘着磨损分类 第三章模具失效形式及机理 擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接点接点 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属表剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属表 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。 如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢表面如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢表面 也残留少量的小坑；也残留少量的小坑； 粘着磨损分类粘着磨损分类 第三章模具失效形式及机理 胶合（胶合（咬死）咬死）：粘结点强度远远高于模具

15、和工件的强度：粘结点强度远远高于模具和工件的强度 时发生。时发生。 摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。 粘着磨损分类粘着磨损分类 第三章模具失效形式及机理 1.1.材料性质材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断 裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而脆性裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而脆性 材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。 密排六方结构的金

16、属材料粘着倾向小，面心立方点阵密排六方结构的金属材料粘着倾向小，面心立方点阵 的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属；的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属； 多相的金属比单相的金属粘着倾向小；多相的金属比单相的金属粘着倾向小； 互溶性大的材料互溶性大的材料( (包括相同金属或相同晶格类型的金包括相同金属或相同晶格类型的金 属属) )所组成的摩擦副粘着倾向大；互溶性小的材料所组成的摩擦副粘着倾向大；互溶性小的材料( (异种金异种金 属或晶格结构不相近的金属属或晶格结构不相近的金属) )组成的摩擦副粘着倾向小。组成的摩擦副粘着倾向小。 影响粘着磨损的因素影响粘着磨损的因素 第三章模具失效形式及机理

17、（2 2）材料硬度）材料硬度 两材料硬度相近时，粘着磨损严重。两材料硬度相近时，粘着磨损严重。 （3 3）表面压力）表面压力 表面压力超过材料硬度的表面压力超过材料硬度的1/31/3时，粘着磨损严重。时，粘着磨损严重。 l T1 T1（接触压应力小于材料硬度的（接触压应力小于材料硬度的 1/31/3），磨损主要是通过氧化碎屑的），磨损主要是通过氧化碎屑的 脱落而产生的，属于轻微氧化磨损脱落而产生的，属于轻微氧化磨损 区；区； l T1T1与与T2T2之间为严重磨损区，磨屑之间为严重磨损区，磨屑 尺寸增大，加厚，且多为金属屑；尺寸增大，加厚，且多为金属屑； l 当载荷继续增大超过当载荷继续增大超

18、过T2T2后，表面后，表面 内摩擦增大而温度很高，可能发生内摩擦增大而温度很高，可能发生 相变，并形成白层，形成不易破碎相变，并形成白层，形成不易破碎 的氧化膜，因而耐磨。的氧化膜，因而耐磨。 影响粘着磨损的因素影响粘着磨损的因素 第三章模具失效形式及机理 合理选用模具材料合理选用模具材料 选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低粘结的选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低粘结的 可能性。可能性。 合理选用润滑剂和添加剂合理选用润滑剂和添加剂 润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方面润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方面 可减小摩擦，成倍提高抗粘着磨损的能力。可减小摩擦，成倍提

19、高抗粘着磨损的能力。 采用表面处理采用表面处理 采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同类采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同类 金属表面接触。金属表面接触。 提高耐粘着磨损性能的措施提高耐粘着磨损性能的措施 第三章模具失效形式及机理 （三）疲劳磨损（三）疲劳磨损 1 1 基本概念：基本概念： 两接触表面相互运动时，在循环应力（机械应力与热应两接触表面相互运动时，在循环应力（机械应力与热应 力）的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。力）的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。 2 2 微观表面特征：微观表面特征： 接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂纹、小坑（豆接触疲劳磨损，主要特征为磨

20、损表面有裂纹、小坑（豆 状、贝壳状或不规则形状）等，磨损产物为块状或饼状。状、贝壳状或不规则形状）等，磨损产物为块状或饼状。 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 第三章模具失效形式及机理 如：特别是脆如：特别是脆 性、带棱角的性、带棱角的 非金属夹杂物。非金属夹杂物。 第三章模具失效形式及机理 提高耐疲劳磨损性能措施提高耐疲劳磨损性能措施 润滑剂可避免模具与工件表面直接接触，并均化接触应力，缓润滑剂可避免模具与工件表面直接接触，并均化接触应力，缓 冲冲击。润滑剂粘度越高越好，固体润滑剂比液体润滑剂好。冲冲击。润滑剂粘度越高越好

21、，固体润滑剂比液体润滑剂好。 采用喷丸、滚压等强化方法，使模具工作表面金属受压缩产生采用喷丸、滚压等强化方法，使模具工作表面金属受压缩产生 塑性变形，并产生宏观压缩应力，有利于提高抗疲劳磨损的能塑性变形，并产生宏观压缩应力，有利于提高抗疲劳磨损的能 力。力。 第三章模具失效形式及机理 气蚀磨损气蚀磨损 金属表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具金属表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具 表面产生微小麻点和凹坑的现象，称为气蚀磨损。表面产生微小麻点和凹坑的现象，称为气蚀磨损。 （四）气蚀磨损与冲蚀磨损（四）气蚀磨损与冲蚀磨损 举例：水泵汽蚀：原因在水泵进口处，由于吸水高所形成的真空，

22、以及举例：水泵汽蚀：原因在水泵进口处，由于吸水高所形成的真空，以及 叶轮高速放置而往往使该处压力很低，从而为水的汽化提供了条件。叶轮高速放置而往往使该处压力很低，从而为水的汽化提供了条件。 当压力降低到水温的汽化压力时，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡，当压力降低到水温的汽化压力时，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡， 随未汽化的水流入叶轮内部高压区，汽泡在高压作用下在极短的时间随未汽化的水流入叶轮内部高压区，汽泡在高压作用下在极短的时间 内破裂，并重新凝结成水，汽泡周围的水迅速向破裂汽泡的中心集中内破裂，并重新凝结成水，汽泡周围的水迅速向破裂汽泡的中心集中 而产生很大的冲击力。这种冲击力作用在水泵的壁

23、上，就形成了对水而产生很大的冲击力。这种冲击力作用在水泵的壁上，就形成了对水 泵的汽蚀。泵的汽蚀。 气蚀形成的原因主要是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏。气蚀形成的原因主要是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏。 第三章模具失效形式及机理 冲蚀磨损冲蚀磨损 液体和固体微小颗粒高速落到模具表面，反复冲击模液体和固体微小颗粒高速落到模具表面，反复冲击模 具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现 象，称为冲蚀磨损。象，称为冲蚀磨损。 （四）气蚀磨损与冲蚀磨损（四）气蚀磨损与冲蚀磨损 第三章模具失效形式及机理 （五）腐蚀磨损（五）腐蚀磨损 1 1 基

24、本概念：在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化基本概念：在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化 学或电化学反应，再加上摩擦机械力的作用，引起表层材学或电化学反应，再加上摩擦机械力的作用，引起表层材 料脱落的现象。料脱落的现象。 （腐蚀（腐蚀+ +磨损）磨损） 腐蚀磨损，它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻腐蚀磨损，它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻 点，但麻点比较光滑。磨损物为薄的碎片或粉末。典型工点，但麻点比较光滑。磨损物为薄的碎片或粉末。典型工 件如汽缸与活塞、船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。件如汽缸与活塞、船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。 第三章模具失效形式及机理 2 2

25、微观机制：微观机制： 腐蚀磨损常发生在高温或潮湿的环境中，尤其在有酸、碱、腐蚀磨损常发生在高温或潮湿的环境中，尤其在有酸、碱、 盐等特殊条件下最易发生。盐等特殊条件下最易发生。 模具常见的腐蚀磨损形式有：氧化腐蚀磨损、特殊介质腐模具常见的腐蚀磨损形式有：氧化腐蚀磨损、特殊介质腐 蚀磨损。蚀磨损。 第三章模具失效形式及机理 3 3 腐蚀磨损分类腐蚀磨损分类 （1 1）氧化磨损：模具表面的氧化层由于金属表层凸峰）氧化磨损：模具表面的氧化层由于金属表层凸峰 的塑性变形而脱落的现象。的塑性变形而脱落的现象。 氧化磨损的速度与氧化膜的性质有关氧化磨损的速度与氧化膜的性质有关 （2 2）特殊介质磨损：在摩

26、擦力的作用下，金属表面与）特殊介质磨损：在摩擦力的作用下，金属表面与 酸、碱、盐等特殊介质发生化学反应所形成化合物发生酸、碱、盐等特殊介质发生化学反应所形成化合物发生 脱落的现象。脱落的现象。 密度密度 膨胀系数膨胀系数 第三章模具失效形式及机理 （3 3）微动磨损）微动磨损 模具的嵌合部位或过盈配合处，模具的嵌合部位或过盈配合处， 在循环载荷或振动的作用下，在循环载荷或振动的作用下， 虽然不产生宏观的相对位移，虽然不产生宏观的相对位移， 但却产生微小的相对滑动，在但却产生微小的相对滑动，在 配合面上有氧化物磨损粉末产配合面上有氧化物磨损粉末产 生，而且不易向外排出。生，而且不易向外排出。 该

27、处兼有氧化磨损、该处兼有氧化磨损、 磨粒磨损和粘着磨磨粒磨损和粘着磨 损的特征。损的特征。 第三章模具失效形式及机理 （六）磨损的交互作用（六）磨损的交互作用 腐蚀磨损腐蚀磨损 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损粘着磨损粘着磨损 磨损的交互作用图 第三章模具失效形式及机理 要求：要求： 了解了解断裂分类及形式，掌握断裂力学在模具失效分断裂分类及形式，掌握断裂力学在模具失效分 析中的作用，影响断裂失效的主要因素析中的作用，影响断裂失效的主要因素 第二节第二节 断裂失效断裂失效 第三章模具失效形式及机理 基本概念：模具在工作中出现较大裂纹或分离为两部分或基本概念：模具在工作中出现较大裂纹或分离为两

28、部分或 数部分而丧失正常服役能力的现象，称为断裂失效。数部分而丧失正常服役能力的现象，称为断裂失效。 第二节第二节 断裂失效断裂失效 a）折断）折断 b）劈裂）劈裂 c）掉块）掉块 d）龟裂）龟裂 e）深热裂）深热裂 第三章模具失效形式及机理 断裂分类及其特征断裂分类及其特征 第三章模具失效形式及机理 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小分。根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小分。 一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5 5为脆性断裂；为脆性断裂； 大于大于5 5为韧性断裂。为韧性断裂。 韧性断裂：断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂过程中吸收

29、韧性断裂：断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂过程中吸收 较多的能量，一般是在高于材料屈服应力条件下的高能断裂。较多的能量，一般是在高于材料屈服应力条件下的高能断裂。 断口的宏观特征：截面尺寸减小，有缩颈现象，断口呈灰暗断口的宏观特征：截面尺寸减小，有缩颈现象，断口呈灰暗 色纤维状。色纤维状。 断裂类型断裂类型 形成纤维区断口的断裂机制一般是形成纤维区断口的断裂机制一般是 “微孔微孔 聚合聚合”，在电子显微镜中呈韧窝状花样。韧，在电子显微镜中呈韧窝状花样。韧 窝是材料在微区范围内塑性变形产生的显微窝是材料在微区范围内塑性变形产生的显微 空洞，经形核空洞，经形核/ /长大长大/ /聚集，最后相互连

30、接而聚集，最后相互连接而 导致断裂后，在断口表面所留下的痕迹。导致断裂后，在断口表面所留下的痕迹。 第三章模具失效形式及机理 脆性断裂：断裂前的变形量较小，没有明显的塑性变形，断裂脆性断裂：断裂前的变形量较小，没有明显的塑性变形，断裂 过程中吸收能量小。过程中吸收能量小。 断口的宏观特征：截面尺寸无明显变化，不产生缩颈。断口的宏观特征：截面尺寸无明显变化，不产生缩颈。 微观形貌：有放射性花样。微观形貌：有放射性花样。 模具材料多为中、高强度钢，断裂性质多为脆性断裂。模具材料多为中、高强度钢，断裂性质多为脆性断裂。 脆性断裂一般发生在高强度或低脆性断裂一般发生在高强度或低 延展性、低韧性的金属和

31、合金上。延展性、低韧性的金属和合金上。 在下列情况下，有较好延展性的在下列情况下，有较好延展性的 金属也会发生脆性断裂，如低温，金属也会发生脆性断裂，如低温， 厚截面，高应变率（如冲击），或厚截面，高应变率（如冲击），或 是有缺陷。是有缺陷。 脆性断裂引起材料失效一般是因脆性断裂引起材料失效一般是因 为冲击，而非过载。为冲击，而非过载。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 脆性断裂脆性断裂 1 1）一次性断裂指在）一次性断裂指在 承受很大变形力或在冲击载荷的承受很大变形力或在冲击载荷的 作用下，裂纹产生并迅速发展所造成的断裂。断口呈结作用下，裂纹产生并

32、迅速发展所造成的断裂。断口呈结 晶状。晶状。 2 2）疲劳断裂指在较低应力下，经反复使用，裂纹缓）疲劳断裂指在较低应力下，经反复使用，裂纹缓 慢扩展后发生的断裂。断口呈纤维状。慢扩展后发生的断裂。断口呈纤维状。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 三、一次性断裂三、一次性断裂 包括穿晶断裂，沿晶断裂包括穿晶断裂，沿晶断裂 （一）穿晶断裂（一）穿晶断裂 是一种解理断裂，指沿着特定的晶面的断裂。是一种解理断裂，指沿着特定的晶面的断裂。 解理面一般是低指数或表面能最低的晶面，如体心立方的解理面为解理面一般是低指数或表面能最低的晶面，如体心立方的解理面为 00

33、1001，密排六方为，密排六方为00010001。 解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和 应力集中常促使解理断裂的发生。面心立方金属很少发生解理断裂应力集中常促使解理断裂的发生。面心立方金属很少发生解理断裂。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 1.位错塞积理论位错塞积理论 该理论的核心是位错遇障碍受阻，形成位错塞积群，产该理论的核心是位错遇障碍受阻，形成位错塞积群，产 生应力集中。当该应力中的正应力达到材料断裂强度时，即生应力集中。当该应力中的正应力达到材料断裂强度时

34、，即 萌生裂纹。萌生裂纹。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 2.位错反应理论位错反应理论 在体心立方金属中，有滑移面在体心立方金属中，有滑移面(101)(101)上滑动的位错和在上滑动的位错和在 滑移面滑移面( )( )上滑动的位错在滑移面交线上滑动的位错在滑移面交线010010处相遇，发处相遇，发 生位错反应，形成新位错。但新形成的位错线在生位错反应，形成新位错。但新形成的位错线在(001)(001)面上，面上， 由于由于(001)(001)不是体心立方金属的固有滑移面，故不是体心立方金属的固有滑移面，故 001001为不为不 动位错。于是在此不

35、动位错后的几个位错塞积便可使晶体动位错。于是在此不动位错后的几个位错塞积便可使晶体 沿沿(001)(001)解理面形成解理裂纹。解理面形成解理裂纹。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 解理断裂通常是宏观脆性断裂，它的裂纹发展十分迅速，解理断裂通常是宏观脆性断裂，它的裂纹发展十分迅速， 常常造成零件或构建灾难性的总崩溃。常常造成零件或构建灾难性的总崩溃。 断口特征：断口特征： “河流花样河流花样”，河流花样中的每条支流都对，河流花样中的每条支流都对 应着一个不同高度的相互平行的解理面之间的台阶。解理裂纹应着一个不同高度的相互平行的解理面之间的台阶。解理

36、裂纹 扩展过程中，众多的台阶相互汇合，便形成了河流花样。河流扩展过程中，众多的台阶相互汇合，便形成了河流花样。河流 的流向恰好与裂纹扩展方向一致。可以根据河流花样的流向，的流向恰好与裂纹扩展方向一致。可以根据河流花样的流向， 判断解理裂纹在微观区域内的扩展方向。判断解理裂纹在微观区域内的扩展方向。 110 第三章模具失效形式及机理 宏观形貌宏观形貌 沿晶脆性断裂断口宏观形貌一般有两沿晶脆性断裂断口宏观形貌一般有两 类：类： (1)(1)晶粒特别粗大时形成石块或冰糖晶粒特别粗大时形成石块或冰糖 状断口；状断口； (2)(2)晶粒较细时形成结晶状断口。沿晶粒较细时形成结晶状断口。沿 晶断裂的结晶状

37、断口比解理断裂的晶断裂的结晶状断口比解理断裂的 结晶状断口反光能力稍差，颜色黯结晶状断口反光能力稍差，颜色黯 淡。淡。 第三章模具失效形式及机理 微观形貌微观形貌 结晶状断口结晶状断口 冰糖状断口冰糖状断口 第三章模具失效形式及机理 预防措施预防措施 （1 1）提高材料的纯洁度，减少有害杂质元素的沿晶分布。）提高材料的纯洁度，减少有害杂质元素的沿晶分布。 （2 2）严格控制热加工质量和环境温度，防止过热、过烧）严格控制热加工质量和环境温度，防止过热、过烧 及高温氧化。及高温氧化。 （3 3）减少晶界与环境因素间的交互作用。）减少晶界与环境因素间的交互作用。 （4 4）降低金属表面的残余拉应力，以防止局部三向拉应）降低金属表面的残余拉应力，以防止局部三向拉应 力状态的产生。力状态的产生。 第三章模具失效形式及机理 第三章第三章 模具失效形式及机理模具失效形式及机理 四、四、疲劳断裂疲劳断裂fatigue fracture 模具在循环载荷下服役一段时间后发生的断裂。模具在循环载荷下服役一段时间后发生的断裂。 条件：超出材料的疲劳极限条件：超出材料的疲劳极限 两个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展。两个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展。 （一）裂纹萌生（一）裂纹萌生