付波

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

關(guān)鍵詞：Cr12型鋼;模具失效;強(qiáng)化技術(shù)

1.Cr12類型鋼制冷作模具失效形式

1.1過(guò)載失效

模具所出現(xiàn)的過(guò)載失效是因?yàn)槟＞吖ぜ惺芴筘?fù)荷而導(dǎo)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(kāi)裂失效以及脆斷失效，如果模具工件欠缺足夠的強(qiáng)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(fù)，所以屬于一種永久失效形式。這種形式包括模具產(chǎn)生開(kāi)裂、折斷、爆炸等。其特征表現(xiàn)為在產(chǎn)生失效之前并不會(huì)出現(xiàn)塑變征兆，突發(fā)性是其主要的特點(diǎn)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(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力高于模具工件的應(yīng)力承載能力時(shí)，則多余應(yīng)力則會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生擴(kuò)展動(dòng)能，從而導(dǎo)致模具在短時(shí)間之內(nèi)出現(xiàn)爆裂。另外，冷作模具會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不足而產(chǎn)生過(guò)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(huì)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(guò)大引起，針對(duì)這種失效形式，應(yīng)當(dāng)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?yàn)楸患庸げ牧虾图庸げ牧袭a(chǎn)生相對(duì)運(yùn)用過(guò)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(jiàn)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(lái)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(guò)程中都無(wú)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(guān)。當(dāng)均勻磨損帶來(lái)的損耗是模具工件出現(xiàn)尺寸變化和形狀變化時(shí)，模具的尺寸與形狀就會(huì)與使用范圍不符，從而導(dǎo)致模具出現(xiàn)失效現(xiàn)象，因此對(duì)于工件質(zhì)量和表面尺寸具有嚴(yán)格要求的模具在確保模具不出現(xiàn)斷裂情況時(shí)，模具表面所具有的抗磨損能力對(duì)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(yīng)力是具有周期性的，這種應(yīng)力模式和小能量多沖疲勞實(shí)驗(yàn)具有相似支出。在應(yīng)力應(yīng)變作用中，模具會(huì)不斷產(chǎn)生微裂紋，并且這種微裂紋會(huì)不斷的擴(kuò)大，從而導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(kuò)展與產(chǎn)生并沒(méi)有明顯的界限。通過(guò)對(duì)疲勞失效微觀形態(tài)的分析可以看出，材料表面中集中應(yīng)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(rèn)為是一種正常的失效現(xiàn)象。

2.Cr12類型鋼制冷作模具強(qiáng)化技術(shù)

2.1對(duì)原材料開(kāi)展質(zhì)量控制

模具加工中對(duì)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(guò)程中，需要對(duì)原材料做出嚴(yán)格把關(guān)，避免因?yàn)椴牧蠁?wèn)題而導(dǎo)致模具過(guò)早失效。在此方面，有必要對(duì)模具材料做出四個(gè)步驟的檢查，一是宏觀檢驗(yàn)。在鋼材入庫(kù)檢驗(yàn)過(guò)程中，宏觀檢驗(yàn)是最為基礎(chǔ)的步驟，即對(duì)鋼的外觀是否存在結(jié)晶、裂紋以及破損等現(xiàn)象做出檢查，需要注意的問(wèn)題包括折疊、裂縫、白點(diǎn)、氣泡、輸送、偏析等;二是化學(xué)成分檢驗(yàn)。對(duì)模具材料所具有的化學(xué)成分做出檢驗(yàn)是確保材料具有良好性能的重要保障，在此過(guò)程中，可以使用光譜分析儀器來(lái)開(kāi)展檢驗(yàn)工作;三是非金屬夾雜檢測(cè)。模具材料如果具有過(guò)多的非金屬夾雜，會(huì)影響材料性能，如硫化物過(guò)多會(huì)提高材料熱脆性等，因此，對(duì)非金屬夾雜量做出檢測(cè)是原材料檢測(cè)中的重要步驟;四是縣委組織檢測(cè)。采購(gòu)的Cr12類鋼一般都經(jīng)過(guò)了退火處理，這種處理的目的在于對(duì)鋼的硬度進(jìn)行降低，并確保鋼材方便加工，并且為熱處理工作作出準(zhǔn)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(huì)對(duì)材料使用性能產(chǎn)生很大影響，因此，有必要對(duì)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(dǎo)致冷作模具提早失效的重要原因，因此在延長(zhǎng)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(guò)程中，過(guò)高的加熱溫度會(huì)導(dǎo)致過(guò)燒現(xiàn)象的出現(xiàn)，而太低的加熱溫度則會(huì)導(dǎo)致模具的硬度欠缺。同時(shí)回火質(zhì)量也對(duì)模具質(zhì)量產(chǎn)生著很大的影響，欠缺回火會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的奧氏體殘留，并容易導(dǎo)致模具出現(xiàn)提早失效。同時(shí)，模具表面脫碳也應(yīng)當(dāng)需要盡量避免。

2.3強(qiáng)化深冷處理

相對(duì)于其他熱處理工藝而言，深冷處理具有著簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)在Cr12MoV鋼經(jīng)過(guò)常規(guī)1020—1040℃淬火后，會(huì)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(dǎo)致磨削裂紋的產(chǎn)生。而經(jīng)過(guò)深冷處理之后，奧氏體會(huì)向馬氏體轉(zhuǎn)變，并析出超細(xì)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(xué)性能的提升。

2.4開(kāi)展表面強(qiáng)化處理

在確保模具基體具有較高強(qiáng)度和韌性基礎(chǔ)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(duì)這些性能做出改善的過(guò)程中，不僅要提高材料的熱處理效果，同時(shí)要重視表面處理技術(shù)的應(yīng)用，如復(fù)合處理技術(shù)、表面改性、表面涂覆，對(duì)模具表面的應(yīng)力狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分做出改變等，這種處理效果相對(duì)于提高熱處理效果而言具有更加經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)也能夠獲得較好的效果。當(dāng)前模具避免處理技術(shù)有很多，在Cr12MoV鋼模具的表面強(qiáng)化處理中，可以應(yīng)用硬化膜沉積技術(shù)、滲氮及多元復(fù)合滲技術(shù)等。

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