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轉發自：《熱（rè）加工工藝》2016年9月第45卷第18期

．失效分（fèn）折．

作者：楊（yáng）磊，夏明六，徐先滿，陳由熹

（銅陵市特種設備監督檢驗中心，安徽銅陵244000）

摘要：分析了GCr巧衝壓模具（jù）零件在成型電阻片過程（chéng）中的失效原因，並采用軟氮化（huà）工藝對其表麵進行了強化 采用金（jīn）相顯微鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、顯微硬度計、氧（yǎng）化試驗等表征（zhēng）了失效特征、氮化層組織結構及性能等。結果表明，氧化腐蝕是（shì）導致模具（jù）零件過早失效的重要原因，軟氮化處理（lǐ）可以有效減輕模具零件表麵的氧（yǎng）化腐蝕，延長模具零（líng）件的使用壽命 關鍵詞：衝（chōng）壓模具零件；失效分析；氧化腐蝕；軟氮化

DOI：10·1415 · cnki. 1001一3814．2016· 18· 069 中圖分類號（hào）：TG386；TG156 文獻（xiàn）標（biāo）識碼：A 文章編號：1001 ·3814（2016）18·0255·03 Failure Analysis and Improvement Measures Of GCr15 Stamping Die Part

YANG Lei，XIA Mingliu, XU Xianman, CHEN Youjia

(Special Equipment Superusion and Inspection Center Of Tongling, Tongling 24000，China)

Abstract：The failure reason Of GCr15 stampmg die part dunng the deformation Of electnc resistance chip was Investigated, and its surface was also strengthened by the tumridlng. Failure charactenstlcs, microstructure and properties Of the nitride layer were characterized by using the optical microscopy (0M) scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrdmeter (EDS), microhardness tester and oxidation test. The results show that oxidation corrosion is the reason Of the premature failure Of the die. The tumnding can alleviate the oxidation corrosion on the die part surface' and Improve its service life.

Key words：stamprng die part; failure analysis; oxidation CO仃osion，tumnding

在（zài）經（jīng）濟全球化環（huán）境（jìng）下，中（zhōng）國製造業得到迅速發 在用於成型電阻片時，發現模具（jù）零件在（zài）使用（yòng）過（guò）程（chéng）中

展（zhǎn），模具（jù）零件產業也（yě）日益活（huó）躍衝壓模具零件加工 仍發生過早失效。本文對衝壓模具零件失效原因進

是屬於精加工技（jì）術，不僅能夠有效提高零件（jiàn）的加工 行（háng）分析，並采用軟氮化工藝對模（mó）具零件進行強化處

精度（dù），也在一定程度上給製造業帶來良好的經濟收 理，以提高模具零件的使用壽命（mìng）

益。然而，由於衝壓模具零件的工作（zuò）條件惡劣（liè），其使用壽（shòu）命較（jiào）短，在（zài）使用過程中經常發生失效行為，主 1試（shì）驗材料與方法

要表現有磨損、腐蝕、疲勞斷裂等[4]。隨著市場競爭 試（shì）驗材料為GCr15鋼，其主要化學（xué）成（chéng）分（質量

日益激烈（liè），如（rú）何延長衝壓（yā）模具零（líng）件的使用壽命是擺 分（fèn）數，％）為：0，95C、1.3Cr、0·40Mn、0，15Si、0·01P、

在國（guó）內企業麵前的技術難題 0·01S，餘量Fe。某衝壓模具零件如圖1所示。加工工

GCr15鋼（gāng）是一種擁有較強抗塑性變形能力、良 藝流程為：下料乛鍛造乛（wān）球化退火乛（wān）粗加工乛淬火（huǒ）

好彈（dàn）性極限（xiàn）和衝擊韌性的高碳鉻鋼，常用作精密衝 +低溫回火乛精加工乛特種加工乛研磨拋光。其淬

壓模具零件等。目前，工業生產中常采用淬火和低（dī） 火工藝溫度為800 ℃，淬火介質為10號或20號機（jī）

溫回火對GCr15模具（jù）零件進行熱處理，且處理後的（de） 油（yóu）；回火溫度為（wéi）200 ℃，保溫（wēn）3h。

· ·

作者簡介：楊磊（1988一），男，安徽桐城人，助理工程師（shī），主要從（cóng）事材料失

效分析及檢測工作；電話：18105629755；

E．mall：18105629755@163 .com 圖（tú）1模具零件

Fig. 1 The die part

對淬火+低溫回火後的衝壓模具零件進行軟氮（dàn）

模具（jù）零件具有較高的接觸疲勞（láo）強度和耐磨性，能夠在較長周（zhōu）期內用於衝壓加工。然而該衝壓模具零件

收稿日期：20巧0708

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Hot Working Technology 2016，v0L45，No，18

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

衝壓模具零件失效主要發生在頭（tóu）部（bù）機械截取、 用丙酮溶液超聲清洗8min後（hòu），采用JSM-6360LV 掃描電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能（néng）譜儀對（duì）斷口進行（háng）形（xíng）貌觀（guān）察及（jí）成分分（fèn）析。采用DM-ILM光學顯微鏡對斷口處金相組織及氮化（huà）層（céng）進（jìn）行觀察，並在 FM·700顯微硬度計進行顯微硬度測試，測試載荷選用2．94N，加載保溫時間巧s，每組試樣在測試區域選（xuǎn）取5個點，以平均值表征區域硬度，並根據GB仃 11354·2005對氮化層厚（hòu）度及（jí）脆性（xìng）進行評級。用氧化試驗對軟氮化處理後模具零件的抗氧化能力進行評定，具體試驗（yàn）方法為：將（jiāng）稱好的試樣放人裝有電（diàn）阻片 中，並將器皿放人電（diàn）阻爐中加熱到280 ℃保溫72h， 取出觀察試樣的（de）腐蝕情況，並稱重做好記錄，最後用掃描電（diàn）子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表（biǎo）麵進行觀（guān）察與（yǔ）分析

2試驗結果

2· 1失效分析

經（jīng）常規熱處理（淬火+低溫回火）的GCr巧（qiǎo）衝壓模具零件（jiàn）在使用（yòng）過程中很容易失效，失（shī）效麵形貌及 EDS分析如圖2所示從圖2（a）中可以看出，衝壓模具零件邊緣有輕（qīng）微（wēi）磨損，邊角成（chéng）了圓弧狀，且表麵存在較多黑色塊狀的粘著物（wù），如箭頭所指處（chù）。采用 SEM仔細觀察發現，失（shī）效麵上（shàng）有明顯的切削痕跡以及腐（fǔ）蝕坑，可見（jiàn）其使用效果較差。通過EDS分析可（kě）以（yǐ）看出，粘著物由（yóu）O、Fe、Cr、Mn等元素組成，說明

加工（gōng）料粉（fěn）末（由Cuo、NiO MnO等組成）的鐵製器（qì）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）效麵形貌及EDS分析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為（wéi）衝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（mǎ）氏體、碳化物和（hé）少量（liàng）殘餘奧氏體組成，這與（yǔ）標準的金相（xiàng）組（zǔ）織圖譜中組織（zhī）一致。同時測得衝壓模具零件的顯（xiǎn）微硬度值達到 674．I HV（表1) ,滿足（zú）GCr巧鋼經淬火+低溫回火後 的硬度要求，說（shuō）明熱處理工藝正常。

綜上所述，衝壓模具零件失（shī）效主要與模具零件表麵發生氧（yǎng）化腐蝕有關，其（qí）主（zhǔ）要與模具零件加工工況有關。該模具（jù）零件用於成型電阻片時，而電阻片加工粉末由（yóu）Cuo、NiO MnO等氧化物組成，在加工過

圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮化處理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的顯微硬度（HV） 為（wéi）了提高衝壓模具零件表麵的抗氧化能力，采