免責聲（shēng）明：本文援引自網絡（luò）或其他媒體，與揚鍛官（guān）網無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本站證實（shí），對本文（wén）以（yǐ）及其（qí）中全部或者部分內容、文字的（de）真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，並請自行核實相關內（nèi）容（róng）。

轉發自：《熱（rè）加（jiā）工工藝》2016年（nián）9月第45卷第18期

．失效分折（shé）．

作（zuò）者：楊磊，夏明六，徐（xú）先滿，陳由熹（xī）

（銅陵市特種設備監督（dū）檢驗（yàn）中心，安徽銅陵（líng）244000）

摘要：分析了GCr巧衝壓模具零件在成型（xíng）電阻片過程中的失效原因，並采用（yòng）軟氮化工藝對其（qí）表麵進行了強化 采用金相顯微鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、顯微硬度計、氧化試（shì）驗等表征了失效特征、氮化層組織結構及性能等。結果表明，氧化（huà）腐蝕是導（dǎo）致模具零件（jiàn）過早失效的重要原因，軟氮（dàn）化處理可以有效（xiào）減輕（qīng）模具零件表（biǎo）麵的氧化腐蝕（shí），延（yán）長模具零件的使用（yòng）壽命 關（guān）鍵詞：衝壓模（mó）具零件；失效分析；氧化腐蝕；軟氮化

能夠在較長周期內（nèi）用於衝壓（yā）加工。然而（ér）該衝壓模具零件（jiàn）

收（shōu）稿日期：20巧（qiǎo）0708

255

Hot Working Technology 2016，v0L45，No，18

化處理的（de）工序為：前處理乛預熱乛液（yè）體軟氮（dàn）化乛冷卻乛清洗。其中預熱溫度為350、380 ℃；軟氮化介質為TJ-2基鹽，鹽浴成分範圍：（1％、2巧％）CN一+ （30％、35％）CNO一；滲氮溫度為560 ℃，保（bǎo）溫2，5h

衝壓模（mó）具（jù）零件失效主要（yào）發生在頭部機械截（jié）取、 用（yòng）丙酮（tóng）溶（róng）液超聲清洗8min後，采用JSM-6360LV 掃描電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能譜儀對斷口進行形貌（mào）觀察（chá）及成分分析。采用DM-ILM光學（xué）顯微鏡（jìng）對斷口處金相組織及氮化層進行觀察，並在 FM·700顯微硬度計進行（háng）顯（xiǎn）微硬度測試，測（cè）試載荷選用2．94N，加載保溫時間巧s，每組試樣在測試區域選取5個（gè）點，以平均值表征區域硬度，並根據GB仃 11354·2005對氮化層厚度及脆性進行評級（jí）。用氧化試驗對軟氮化（huà）處理後模具零（líng）件的（de）抗氧（yǎng）化能力進行評定，具體試（shì）驗方法為：將稱好（hǎo）的試樣（yàng）放人裝有電阻片 中，並將（jiāng）器皿放人電阻爐（lú）中加熱到280 ℃保溫72h， 取出觀察試樣（yàng）的腐蝕情況，並稱重做好記錄，最後用掃描電子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表麵（miàn）進行觀察與分析

2試驗結果

2· 1失效分析

經常規熱處理（淬火+低溫回火）的GCr巧衝壓模具零件在使用過程中很容易失（shī）效，失效麵形貌及 EDS分析如圖2所示從（cóng）圖2（a）中可以看出，衝壓模具零（líng）件邊緣有輕微磨損，邊角（jiǎo）成了圓弧狀，且表麵存在（zài）較多黑色塊狀的粘著物，如箭頭所指處。采用（yòng） SEM仔細觀察發現，失效麵上有明顯的切削痕跡以（yǐ）及腐蝕坑，可見其使用效果較差。通過EDS分析可以看出，粘著物由（yóu）O、Fe、Cr、Mn等元素組成，說明

加工料粉末（由Cuo、NiO MnO等組成）的鐵製器皿

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E/keV E/ kev

圖2失（shī）效麵形（xíng）貌及EDS分析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為衝（chōng）壓模具零件的金相組織圖。從圖中可以看出，該組織主要由回火馬氏體（tǐ）、碳化物和（hé）少量殘（cán）餘奧氏體組成，這與標（biāo）準的金相組織圖譜中組織一致。同時測得衝壓模具零件的顯微硬（yìng）度值達到 674．I HV（表1) ,滿足GCr巧鋼經淬火+低溫（wēn）回火後 的硬度要求，說明熱處理工藝正常。

綜上所述，衝壓模具零件失效主要與模具（jù）零件表麵發生氧化腐蝕有關，其主要與模具零件加工工況有關。該模具零件用於成型電阻（zǔ）片時（shí），而電阻片加（jiā）工粉（fěn）末由Cuo、NiO MnO等氧化物組（zǔ）成，在加工過

圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮（dàn）化處理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的顯微硬（yìng）度（dù）（HV） 為了提高衝壓模具零件表麵的抗（kàng）氧化能力，采

Tab.1 Microhardness of the die part (HV) 用液體軟氮化（huà）對其表麵進行處理。圖4為氮化層與

程中，模（mó）具零件周圍（wéi）會產生大（dà）量的熱量，導致溫度（dù）升高，此時模具零件表麵的Fe將與氧化物反應形成 Fe氧化物，而GCr巧鋼中又（yòu）沒有（yǒu）足量Cr形成具有保護性的氧化鉻（gè）膜來抑製Fe氧化物為主的氧化膜形成。因此,GCr巧衝壓模具零件在（zài）長時（shí）間成型電阻時，將不斷發生氧化腐（fǔ）蝕，最（zuì）終（zhōng）導致模具零件失效（xiào）。

測量次數 平均值

1 2 3 4 5

685．6 675．7 667、5 669．1 672、7 674．1

基體（tǐ）組織圖。從圖4（a）中可以看出，經液體軟（ruǎn）氮化後，模具零件表麵形成一層均勻的白亮層，厚（hòu）度約 20 m；圖4（b）顯示軟氮（dàn）化後模具零件基體中回火馬

256

《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期

a氮化層

50 m 50 m

圖從圖中可看出，硬度隨距氮化層（céng）邊緣（yuán）的距離先降（jiàng）低後（hòu）趨於平穩，基體的顯微（wēi）硬度（dù）約473 · 8HV根據 GB/T11354·2005標準評判，滲氮層深度約170 m 發現基體（tǐ）的顯微硬度較淬火+低溫回火後模（mó）具零件的（de）硬度有所降低，這與氮化過程中（zhōng）回火馬氏體減少有關。

圖4氮化層與基體組織圖

Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate

氏體減少，析（xī）出較（jiào）多的粒狀碳化物，這是由於軟氮化溫度在560 ℃，相當於高溫回火，導致回火馬氏體溶解形成粒狀（zhuàng）碳化物。氮化層除了白亮層（céng）外，還包括擴散層，擴（kuò）散層在光（guāng）學顯微鏡下（xià）不易觀察，氮（dàn）化層深度需（xū）要采用（yòng）硬度法確定（dìng）。

圖5為（wéi）顯微硬（yìng）度（dù）與沿表（biǎo）麵垂直距離的變化曲線 2·3抗氧化腐（fǔ）蝕性能

表（biǎo）2為未處理樣（yàng）品與軟氮化後樣品（pǐn）的氧化腐蝕試驗結（jié）果從表中可（kě）以看出，未處理的模具（jù）零件在氧化72h後，樣品增重14，8m以m，而經軟氮化處理後（hòu），樣品僅增重1.3m cm2，說明軟氮化處理明顯改善（shàn）了模（mó）具零件的抗氧化腐（fǔ）蝕能力。

表2氧化腐蝕試驗結果

Tab.2 The results of oxidation corrosion test

樣品 未（wèi）處理 軟氮化後

樣品增重/(mg•cm3 14．8

0 50 100 150 200 250 300 350

沿表麵垂直距（jù）離/pm 處理能夠減緩模具（jù）零件在加（jiā）工過程（chéng）中的氧化腐蝕

圖5顯微（wēi）硬度與（yǔ）沿表麵垂直距離的變化曲線

Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗氧化腐蝕性能的提高與其表麵形成的氮

vertical distance along the surface 化層有關，氮化層中8相具有較強的抗氧化性和耐（nài）

圖6為未處理樣品與（yǔ）軟氮化後樣（yàng）品的氧化腐蝕形貌及EDS結果。由（yóu）圖可（kě）知，未處理（lǐ）的樣品表麵氧化腐蝕嚴重，腐（fǔ）蝕產物（wù）主要由O、Fe、Cr Mn等元素組成，與失效樣品（pǐn）檢測結果一致。軟氮化（huà）處理後的樣品（pǐn）的表麵僅發生（shēng）輕微氧化腐蝕，進一步說明軟氮化

Ni

氮處（chù）理，一

2 m

5叫

t 巳

Si

Al Cr

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 E/keV E/keV

圖（tú）6樣品氧化腐蝕形（xíng）貌及EDS結果

蝕性，能夠阻（zǔ）礙氧（yǎng）向基體傳遞，從而延緩了氧化腐蝕速度。 力大大增強

參考文獻：

3結論 卩（dān）] Kuldeep Agarwal，Rajiv Shlvpun, Justin Vincent，et al• DC

pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for

(1)用於成型電（diàn）阻片的GCr巧鋼模具零件（jiàn）的失 Improved畝bolo Of gray cast Iron stamping dies卩]．Journal ofMatenals Processing Technology,2013，213：864·876，

效與其表麵（miàn）發生氧化腐蝕有關。 [2] 陳向（xiàng）榮．精（jīng）密（mì）多孔（kǒng）衝模熱處理工（gōng）藝（yì）的研究[J]．熱加工工藝，

（2）模具（jù）零件經軟氮化處理後，可（kě）獲得均勻（yún）的 2012，41（16）：187．188，

氮化層（céng），白亮層厚度20 m，硬度測試顯示滲氮層深 卩] 郭曉紅．W18Cr4V衝孔冷衝模淬火工藝的改進[J]，熱加工工

度約170 m 藝，2011，4002）：178· 179．

Fig.6 Oxidation corrosron morphologies Of the sample and EDS results

（3）軟氮化處理後的模具零件（jiàn）的抗氧化腐蝕能 [4] 液丁壓海，，2014衝壓，42模（4具）：零120件· 失124效（xiào）．分析及（jí）壽命的提高措施[J]．機床（chuáng）與（yǔ）

257