模具寿命与失效课件.pptx

模具寿命与失效,授课人：曾珊琪,2023/3/20,1,第二节 模具的工作条件与失效形式,不同种类的模具，由于其工作条件不同，它们在服役中发生失效的形式和特点也各不相同。下面将分别介绍各种模具的工作条件和失效形式。,第三章 模具失效的基础知识,2023/3/20,2,一、冷作模具的工作条件与失效形式,冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷挤压模、冷镦模等。相同点：都是常温下对被加工材料施加压力，使其产生分离或变形，获得零件。不同点：技术要求不同，具有不同的工作条件，因此失效形式各有不同之处。,2023/3/20,3,1冷冲裁模的工作条件,主要工作部位：凸模刃口和凹模刃口在冲压力作用下，凸模引入凹模时，对板料施加一定压力，通过锋利的刃口使板料,产生弹性变形、塑性变形，直至被剪裂。,（一）冷冲裁模,2023/3/20,4,冷冲裁模的受力过程,在板料弹性变形阶段冲头端面的中央部位与板料脱离接触，压力集中于刃口附近的狭小范围内，使刃口上的单位面积压力增大。,冷冲裁模,2023/3/20,5,冷冲裁模的受力过程,在板料塑性变形和剪裂阶段凸模切入板料，板料挤入凹模内孔，使模具刃口的端面和侧面产生挤压和摩擦。,冷冲裁模,2023/3/20,6,冷冲裁模的受力性质,模具在工作过程中刃口受到的力主要有：正压力、侧压力、摩擦力和弯曲力等。模具刃口受力的大小与板料的厚度和硬度有关。,冷冲裁模,2023/3/20,7,2模具寿命与受力大小、板料厚度的关系,冲头受到的压力通常大于凹模，尤其是在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积的压力很大。设冲头工作部分的直径为d，板料厚度为t，则比值d/t越小，冲头受力越大，其寿命就越低。,冷冲裁模,2023/3/20,8,冲头寿命与直径、板料厚度的关系,冷冲裁模,2023/3/20,9,3冷冲裁模的失效形式,模具刃口在压力和摩擦力的作用下，最常见的失效形式是磨损和崩刃。磨损的部位：刃口磨损、侧面磨损、端面磨损。,冷冲裁模,2023/3/20,10,失效形式与板厚的关系,冲裁不同板料厚度的模具负荷的大小不同，失效形式也有所不同。冲裁模可分为：薄板冲裁模(t15mm)厚板冲裁模(t15mm)。,冷冲裁模,2023/3/20,11,失效形式与板厚的关系,薄板冲裁模受力较小，其失效的主要形式是磨损。厚板冲裁模受力较大，其失效形式除了磨损外,还可能发生局部断裂(崩刃)。当比值d/t较小时，还会引起冲头的宏观塑性变形或折断。,冷冲裁模,2023/3/20,12,冷冲裁模,2023/3/20,13,4模具刃口的损伤过程,模具在服役中的磨损过程，可分为初期磨损、稳定磨损和急剧磨损三个阶段。,冷冲裁模,2023/3/20,14,1）初期磨损阶段,刃口锋利，与板料接触面积小，单位面积压力大，易造成刃口局部塑性变形，所以初期磨损阶段的磨损速度较大。,冷冲裁模,2023/3/20,15,2）稳定磨损阶段,刃口磨损至一定程度，单位面积压力减轻，刃口表面产生塑变强化，不再继续塑性变形，这时刃口的磨损主要由坯料的摩擦引起，磨损速度变缓，即进入稳定磨损阶段。,冷冲裁模,2023/3/20,16,3）急剧磨损阶段,模具服役相当长的时间后，刃口因经受多次冲裁而趋于疲劳，局部表面开始剥落，即进入急剧磨损阶段。这时，会因冲裁件不合格导致模具失效。,冷冲裁模,2023/3/20,17,分析思路：1）根据受力特征判断可能产生失效的形式；2）根据刃口磨损部位或损伤程度分析原因；3）根据刃口变形特征判断磨损阶段在急剧磨损阶段之前及时对刃口进行修磨，可提高使用寿命。,2023/3/20,18,1.冷拉深模的工作条件,（二）冷拉深模,拉深模的主要工作零件也是凸模刃口和凹模刃口。与冲裁模不同的是拉深模刃口圆钝不锋利，凸、凹模之间的工作间隙较大。,2023/3/20,19,2.冷拉深模的失效形式,拉深模在工作时，冲击力很小，单位面积的压力也不大，主要是模具型腔表面承受板材变形的剧烈摩擦。这种模具的失效形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。磨损部位：凹模、压边圈端面、凸模、凹模圆角半径处等。,冷拉深模,2023/3/20,20,拉深模损伤的过程,在冷拉深过程中，模具工作表面的某些局部负荷较重，承受挤压力较大,摩擦热积累较多，使温度升高在温度和压力的共同作用下，模腔局部表面易与坯料发生咬合，使小块坯料粘附在模腔表面形成很硬的“小瘤”坚硬的“小瘤”使拉深件表面产生划痕或擦伤,即发生了粘着磨损。,冷拉深模,2023/3/20,21,（三）冷镦模,冷镦模是在冲击力的作用下，凸模使金属棒料在凹模型腔内镦粗成形的冷作模具。,2023/3/20,22,冷镦模主要用来加工各种形状的螺钉、铆钉、螺栓和螺母等的毛坯。,冷镦模,2023/3/20,23,模具的上模是由凸模和模柄通过螺钉紧固而构成。下模是由凹模及凹模固定套和凹模固定板组成。,冷镦模,2023/3/20,24,当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出模机构将零件从凹模中顶出。,冷镦模,2023/3/20,25,在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达60120次min，冲击力大，金属坯料受到强烈地镦击，同时，模具也同样受到短周期冲击载荷的作用。由于是在室温条件下工作的，塑性变形抗力大，工作环境差，凸模承受巨大的冲击压力和摩擦力，凹模承受冲胀力和摩擦力，产生强烈地摩擦。,冷镦模,2023/3/20,26,冷镦模最常见的失效形式,磨损失效和疲劳断裂失效磨损失效可能有磨粒磨损、表面损伤、冲击磨损等多种形式；凸模在冲击力的作用下，表面会产生剥落而出现麻坑；由磨损所造成的表面损伤、麻坑、擦伤痕等，均可能成为疲劳裂纹源，导致模具的疲劳断裂。,冷镦模,2023/3/20,27,还可能产生凸模的塑性变形和折断；凹模的模口胀大、棱角堆塌、腔壁胀裂等损伤，而出现模具的失效。,冷镦模,冷镦模最常见的失效形式,2023/3/20,28,（四）冷挤压模,冷挤压模是使金属坯料在强大而均匀的近似于静挤压力的作用下，产生塑性变形流动而形成产品的模具。,工作零件为凸模和凹模根据金属坯料的流动方向与凸模运动方向的关系，冷挤压可分为四种类型：,2023/3/20,29,（四）冷挤压模,1）正挤压金属坯料的流动方向与凸模运动方向相同为正挤压。,2023/3/20,30,（四）冷挤压模,2）反挤压与凸模运动方向相反为反挤压；,2023/3/20,31,（四）冷挤压模,3）复合挤压一部分与凸模运动方向相同，另一部分与凸模运动方向相反为复合挤压；,2023/3/20,32,（四）冷挤压模,4）径向挤压金属坯料的流动方向垂直于凸模运动方向为径向挤压。,2023/3/20,33,（四）冷挤压模,冷挤压时金属坯料受强烈的三向压应力。在模具的作用下，金属坯料沿凸、凹模间隙或凹模模口剧烈流动，产生较大的位移变形，获得薄壁空心件或横截面较小的挤压件。由于金属坯料对模具的反作用力和摩擦，使模具承受强大的挤压力很大的摩擦力。,2023/3/20,34,（四）冷挤压模,挤压时形成的摩擦功和变形能转化为热能，模具的局部表面产生400以上的高温。金属坯料端面不平整、凸模与凹模之间的间隙不均匀和中心线不一致使凸模在挤压时承受很大的偏载或横向弯曲载荷。,2023/3/20,35,（四）冷挤压模,冷挤压模的主要失效形式：塑性变形失效、磨损失效、凸模折断失效、疲劳断裂失效及纵向开裂失效等；冷挤压凹模有时还会产生胀裂失效。,2023/3/20,36,二、热作模具的工作条件及失效形式,热作模具在工作中除承受机械负荷外还承受热负荷，其失效形式比冷作模具复杂。不同的热作模具工作条件不同，失效形式和影响因素也各有所不同。常见的热作模具有锤锻模、热冲裁模和压力铸造模等。,2023/3/20,37,1锤锻模的工作条件,锤锻模上模与锤头固定，下模与工作台的模座固定，工作时上模随锤头向下运动，与下模合模的过程中成型模锻件。,(一)锤锻模,2023/3/20,38,1锤锻模的工作条件,在工作过程中的机械负荷主要是冲击力和摩擦力，热负荷主要是交替受加热和冷却。,锤锻模,2023/3/20,39,（1）模具的受力,锤锻模在工作过程中受力性质比较复杂，主要有：a.冲击力锤锻模工作时承受多次冲击载荷，冲击力较大，模锻锤的吨位越大，产生的冲击力越大。,锤锻模,2023/3/20,40,（1）模具的受力,b.压力模具型腔受坯料变形的反作用，使型腔表面承受很大的压力。c.内应力受模具型腔结构形状的影响，模具的不同部位会产生不同状态的内应力。模具结构形状越复杂的部位，其应力状态也比较复杂。,锤锻模,2023/3/20,41,（2）模具的受热,a.锻前预热：由于工艺的需要，锤锻模在使用前先要进行预热。（目的？）b.与坯料接触的热：在工作中与炽热坯料接触进一步被加热。c.变形热和摩擦热：坯料变形以及与型腔表面摩擦所产生的热量有一部分被模具吸收。,锤锻模,2023/3/20,42,（2）模具的受热,在锻造钢件时，坯料温度通常在1000以上，模具型腔表面的温度一般可达到500600，其中窄小、凸起等部位吸热较多，温度可高达750。当模具局部温度超过模具的回火温度时，这些部位将继续回火过程,从而产生组织和性能的变化；,锤锻模,2023/3/20,43,（2）模具的受热,模具中温度分布的不均匀性，将会导致出现热应力。所有这些，都会影响锤锻模的失效过程和失效形式。,锤锻模,2023/3/20,44,（3）模具的冷却,为减轻锤锻模的热负荷，在模具工作间歇，对模具进行冷却来控制模具温度的升高。例如每锻压完一个毛坯后，用冷空气、水、油等介质冷却模具型腔；或在型腔表面涂抹润滑剂，既能减摩，又起到冷却作用。锤锻模工作过程中，型腔不断受到加热和冷却的反复作用，使模具产生热疲劳现象。,锤锻模,2023/3/20,45,（4）型腔表面摩擦,被锻金属坯料在模具型腔中热塑变流动，对型腔表面产生摩擦作用。摩擦力的大小与正压力和摩擦表面的状况有关。在坯料热塑变流动的情况下，正压力主要取决于热坯料的塑变强度；模腔表面受热氧化也影响摩擦和磨损过程。,锤锻模,2023/3/20,46,2锻模的基本失效形式,（1）型腔部分的模壁断裂；（2）型腔表面热疲劳；（3）塑性变形；（4）磨损；（5）锻模燕尾的开裂。,2023/3/20,47,（1）锻模型腔部分的断裂,分为早期脆性断裂和机械疲劳断裂。模具的早期脆性断裂在锤击次数较少时发生的，有的仅锻打几次就出现断裂。模具受很大的冲击载荷作用，型腔中受拉应力较大且薄弱的部位可能产生裂纹，当裂纹受力扩展至一定尺寸时，便会发生快速失稳扩展而导致突然断裂。,2023/3/20,48,模具的机械疲劳断裂在模具经受许多次锻击后发生的断裂。锻模承受的冲击应力比一般机械零件承受的“静”载交变应力要大得多，所以其疲劳断裂的周次远小于一般的高周疲劳，可以认为是较大冲击能量的冲击疲劳。,2023/3/20,49,模具断裂的断口特征,早期脆性断裂的断口的宏观形貌特征是从断裂源开始，裂纹呈人字花纹向外扩展。,机械疲劳断裂的宏观和微观断口具有一般疲劳断口的特征，但宏观断口上的裂纹扩展区一般较小。,2023/3/20,50,（2）型腔表面的热疲劳,热疲劳：指热作模具在循环热应力的反复作用下产生的疲劳裂纹或破坏的现象。热疲劳裂纹：指型腔表面在循环热应力的作用下产生循环的塑性应变，经过一定的循环次数，导致表面产生的许多细小裂纹。,2023/3/20,51,热应力产生的原因：,锻模的截面尺寸较大，沿截面的温度梯度也大，型腔表面受急热、急冷的作用而内层的温度变化较小，表层的热胀冷缩受到内层的约束而产生热应力。,2023/3/20,52,循环热应力产生的过程,型腔表面受热膨胀时，要受内层的约束使表层产生压应力；冷却收缩时，受内层约束，表层产生拉应力。如果热应力大于材料在该温度下的屈服点，便会发生压、拉塑性应变。型腔表面在循环热应力的作用下产生循环的塑性应变，经过一定的循环次数，就会导致热疲劳裂纹的产生。,2023/3/20,53,热疲劳裂纹的特征,“龟裂”指呈条状、放射状，并连成网状的疲劳裂纹。,2023/3/20,54,但是，继续受机械应力、氧化腐蚀及坯料的摩擦、挤入作用，会使细小裂纹继续向纵深扩展，成为脆性断裂和疲劳断裂的裂纹源。这种形式断口的开裂处有氧化物覆盖，呈深灰色，里面存在脱碳层。,2023/3/20,55,龟 裂,深热裂,2023/3/20,56,影响模具热疲劳的主要因素,模具型腔表面的温度变化幅度模具的循环温差越大，材料的热膨胀系数越大，则循环热应力越大，越易于发生热疲劳。,2023/3/20,57,影响模具热疲劳的主要因素,模具材料的抗氧化性、导热性和热膨胀系数 模具型腔表面的致密氧化物层可阻缓继续氧化过程，但氧化层增厚以致破裂后，便露出基体金属并产生侵蚀沟。,2023/3/20,58,沟底的应力集中易使热疲劳裂纹萌生，沟底氧化物的不断产生和聚集，使它在循环热应力作用下起着楔子的作用，大大加速裂纹的扩展。,2023/3/20,59,（3）型腔表面的磨损,锻模在多次重复冲击作用下，一方面坯料对型腔表面产生冲击性的接触应力，另一方面坯料塑变流动对型腔表面产生强烈的摩擦。在热负荷的作用下，型腔表面层可能发生软化，同时表面的氧化也将加剧。,2023/3/20,60,（3）型腔表面的磨损,在型腔表面与坯料滑动摩擦较小的部位，由于较大接触应力的重复作用，易使型腔表面产生小块剥落，形成痘状麻坑。热负荷对表面的软化作用及热应力的作用将促进这种疲劳磨损。,2023/3/20,61,在型腔表面受坯料滑动摩擦较大的部位，由于摩擦切应力和热负荷的作用，则易使型腔表面产生氧化磨损和热粘着磨损。,（3）型腔表面的磨损,2023/3/20,62,热粘着磨损的产生,在高温和压力作用下，坯料与模具型腔局部表面发生粘合，继而在切应力作用下粘合处破坏，在型腔表面产生擦伤沟槽。型腔表层受热软化，易于在摩擦切应力作用下发生局部的塑变流动，从而促使热粘着磨损的产生。,2023/3/20,63,氧化膜对型腔表面的影响,当模具表面形成薄而致密的氧化膜时，具有润滑和减摩作用，能防止热粘合现象。但在温度较高，所形成的氧化膜厚而疏松时，则由于氧化膜容易破裂、剥落，且氧化物碎片又成为磨粒，将加剧型腔表面的磨损。,2023/3/20,64,模具磨损的影响因素,模具的温度；模具材料的化学成分和硬度；模具型腔的表面状况；模具的使用条件等。,2023/3/20,65,（4）锻模型腔的塑性变形,温度升高使模具材料的屈服强度下降；当温度高于模具的回火温度时，则进一步使之软化；当软化部位的屈服点低于该部位所承受的应力水平时，就会产生塑性变形。,2023/3/20,66,锻模型腔塑性变形形式,棱角堆塌模具型腔中的肋、凸台等突出部位吸热较多，温度较高，受力也较大，当其软化层深度较大时，便会出现棱角堆塌等塑变现象。,2023/3/20,67,在软化层较浅的部位，可在坯料的摩擦作用下发生表层塑变流动。在模具型腔深处，则常在淬火冷却时未得到马氏体，热处理后硬度偏低，以致在较大压力下产生塑性变形，使型腔凹陷。,型腔凹陷,2023/3/20,68,塑性变形的影响因素,坯料的变形速度 坯料的变形抗力坯料的塑变抗力大，锤击速度高，都会使模具的受力加大，并且使模具表面的温升提高，所以易产生塑性变形失效。,2023/3/20,69,（5）模具燕尾开裂,燕尾根部凹槽有应力集中，尤其当存在加工刀痕时，易在冲击载荷的重复作用下，在刀痕处萌生疲劳裂纹，裂纹沿刀痕横向延伸并向纵深扩展，造成燕尾开裂。,2023/3/20,70,燕尾开裂的影响因素,1）结构设计2）表面粗糙度3）模具的安装固定4）燕尾部分的硬度和微观组织。硬度过低对裂纹萌生的抗力低，硬度过高对裂纹扩展的抗力低，合适的硬度和组织才能使燕尾有最高的疲劳抗力。,2023/3/20,71,锻模在不同的部位工作条件不同，会产生不同的失效形式，因此上述五种失效形式在同一模具上都有可能出现，而最终先导致锻模不能继续服役的失效形式可能只是其中的一种。,2023/3/20,72,(二)压力铸造模,压力铸造模是在压铸机上用来压铸金属铸件的成型模具(简称压铸模）。,2023/3/20,73,1、压铸模的工作条件,压铸模的型腔表面承受液态金属的压力、冲刷、侵蚀和高温作用；每次压铸脱模后，还要对型腔表面进行冷却、润滑。使模具承受频繁的急热、急冷作用。,2023/3/20,74,压铸不同材料的工作温度和失效形式,1）压铸锌合金时，压铸模型腔的表面温度不超过400，热负荷较小。模具的工作寿命较长。,2023/3/20,75,2）压铸铝合金时，压铸模型腔的表面温度可达600左右，且熔融的铝合金液很容易粘附钢铁材料。铝合金压铸模的失效形式主要是粘模、侵蚀、热疲劳和磨损。在模具型腔结构复杂并存在应力集中时，模具也会在热负荷和机械负荷的共同作用下出现断裂失效。,2023/3/20,76,3）压铸铜合金时，压铸模型腔的表面温度可达750以上，模具急热急冷的温度变化幅度大。主要失效形式是热疲劳龟裂。模具型腔中截面尺寸小的凸起部分，也会因受热软化而产生塑性变形。压铸铜合金时的使用寿命远低于压铸铝合金。,2023/3/20,77,4）压铸铁合金时，压铸模型腔的表面温度高达1000以上。采用传统的热作模具钢制造的模具，在服役时型腔表面易氧化、腐蚀，易产生塑性变形和热裂，模具的寿命极低，往往压铸几百次即告失效。,2023/3/20,78,三、塑料模具的工作条件及失效形式,2023/3/20,79,1、塑料模的工作条件,塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。工作中受压力、温度、摩擦和腐蚀等作用。塑料模型腔承受注射压力：40140MPa闭模压力为80300MPa或更高；受热温度为140300。,2023/3/20,80,型腔表面承受摩擦和腐蚀的剧烈程度取决于塑料的种类及其填充物的性质。对于需要手工操作的模具，在装模和脱模时经常会受到手用工具的敲击和碰撞。,1、塑料模的工作条件,2023/3/20,81,塑料制件成型对模具的基本要求,1）要求模具成型面具有很小的表面粗糙度值；一般在Ra0.20.025m的范围或更小。2）模具各成型零件的尺寸精度和相互配合的精度要求高；3）塑件形状复杂时，模具型腔的结构也相应复杂。,2023/3/20,82,2、塑料模的失效形式,塑料模在服役过程中，可能会产生磨损、腐蚀、塑性变形、断裂、疲劳及热疲劳等失效形式，这些失效形式都与塑料模的工作条件及使用要求密切相关。,2023/3/20,83,1）型腔表面的磨损和腐蚀,塑料熔体以一定压力在模腔内流动，凝固的塑件从模具中脱出，都会对模具成型表面造成摩擦，引起磨损。模具在加工含有氯原子或氟原子的塑料时，塑料受热会产生少量的热分解，放出的HCI、HF等气体将会腐蚀模腔表面，从而导致失效。,2023/3/20,84,模具在腐蚀的同时又有磨损损伤时，型腔表面的镀层或其它防护层将遭到破坏，就会加剧腐蚀过程。两种损伤交叉作用，加速了腐蚀磨损失效。,2023/3/20,85,2）塑性变形,塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，尤其是当小模具在大吨位设备上工作时，更易产生超负荷塑性变形。塑性变形多发生在受力较大的棱角处，其表现形式为棱角堆塌。在型腔的其它部分可出现凹陷、麻点、表面起皱等。,2023/3/20,86,其他引起塑性变形的因素,型腔表面强化层太薄，经磨损后变形抗力不足；模具热处理时回火不足；工作时受热继续回火转变而产生相变超塑性等。,2023/3/20,87,3断 裂,塑料模型腔结构比较复杂，承受压力较大时，局部可能出现复杂的应力状态和结构因素引起的应力集中，有可能使模具产生断裂失效。,2023/3/20,88,当模具热处理时回火不足，组织中仍有较多的残余奥氏体时，在服役温度下残余奥氏体将转变为马氏体，从而产生相变内应力，而引起模具的开裂。,3断裂,2023/3/20,89,4疲劳和热疲劳,塑料模的机械负荷是循环变化的，使型腔表面承受脉动拉应力作用，从而可能引起疲劳破坏。塑料模的热负荷也是循环变化的，型腔表面反复受热和冷却，可导致应力集中处萌生热疲劳裂纹。,2023/3/20,90,型腔表面上的脉动拉应力，有可能使热疲劳裂纹向纵深扩展，成为断裂或疲劳断裂的裂纹源。,4疲劳和热疲劳,2023/3/20,91,第三节 模具失效分析的方法,一、模具失效分析的主要任务 模具失效分析的任务就是判断模具失效的性质、分析模具失效的原因，并提出防止或延迟模具失效的具体措施。要正确判断模具失效的性质，主要依据模具失效的形貌特征、失效件的应力状态、失效材料的实际性能的指标值和工作环境因素等。,2023/3/20,92,模具失效分析应当从以下几个方面考虑：1合理选择模具材料 2合理设计模具结构 3保证加工和装配质量 4严格控制模具材料的质量 5采用表面强化工艺 6合理使用、维护和保养模具,一、模具失效分析的主要任务,2023/3/20,93,二、模具失效分析的方法和步骤,1.现场调查、断裂件的收集和处理 2.模具材料、制造工艺和工作情况调查3.模具的工作条件和断裂状况分析 4.断口分析 5.断裂原因综合分析和判定 6.提出防护措施,2023/3/20,94,三、失效分析的基本实验技术简介,对模具失效进行正确的分析，需要借助许多试验技术。常涉及的试验技术主要有：宏观和微观断口分析技术；金相检验技术；无损探伤检验技术；常规成分、微区成分和表面成分分析技术；X射线衍射分析技术；实验应力分析技术；力学性能测试技术；断裂力学测试技术等。,2023/3/20,95,1.宏观分析技术宏观分析是指用肉眼直接观察，或用放大50倍以下的放大镜观察。宏观分析技术对断裂失效的初步判断起很大作用。由于眼睛有大的景深，能迅速进行大面积检查；,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,96,宏观分析对颜色和断裂纹理的改变有十分敏锐的分辨能力，能较快地确定断裂萌生的位置；对裂纹扩展的途径和裂纹的前沿轮廓以及裂纹快速传播的人字形花样和有无剪切唇等，都能较容易地识别出来；,1.宏观分析技术,2023/3/20,97,宏观分析对模具失效件尺寸形状的变化、模具工作的情况、原设计有无错误、加工的质量等也都能做出总的评价。宏观分析所观察到的情况和初步的判断可用文字、草图或照相等方式记录下来，用彩色照相记录污染、烧焦或回火色等颜色，都可作为进一步分析的参考资料。,1.宏观分析技术,2023/3/20,98,宏观分析是失效分析的基础，非常重要，必须十分细心地进行。宏观分析中，首先确定损坏的起源，接着是根据断口特征，对加载方式、应力大小、材料的相对韧性与脆性等给以说明。宏观断口分析还可发现其他细节，如表面硬化、晶粒大小和内部缺陷，设计或制造产生的应力集中，装配缺陷等，所有这些都能为查明损坏原因提供证据。,1.宏观分析技术,2023/3/20,99,磁粉检验或染色渗透检验也属于宏观分析，可以确定表面或表面以下1mm以内的表层缺陷。宏观酸蚀检验可以取得以下信息：内部质量(偏析、疏松、夹杂、气孔等)；氢脆(白点)；软硬部位的区分及硬化层的深度；流线状况；焊接质量等。还可以显示损坏部件表面的研磨烧伤、碾碎和其他表面损伤。,1.宏观分析技术,2023/3/20,100,硫印、铅印、磷印和氧化物印等印痕技术可用来显示这些元素在试样上的分布。过大的磨损和腐蚀也是首先通过宏观检验来识别的。,1.宏观分析技术,2023/3/20,101,2.体视显微镜的分析体视显微镜是低倍断口形貌观察不可缺少的工具，能帮助肉眼进一步确定断裂源和裂纹走向，以及观察磨损或腐蚀的情况。若要进行扫描电镜观察，可以首先用体视显微镜分析，找出重点观察部位，这样可以提高分析效率，但它的放大倍数不高，一般不超过200倍。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,102,3.金相显微镜观测金相显微镜是失效分析中常用的手段，如加工工艺(铸造、锻造、焊接、热处理、表面处理等)不当或工艺路线不当造成的非正常组织或材料缺陷，都可以通过金相检验鉴别出来。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,103,对于腐蚀、氧化、表面加工硬化、裂纹特征，尤其是裂纹扩展方式(穿晶或沿晶)，都可从金相检验得到可靠的信息。但由于金相显微镜的分辨率低，景深小，不宜于作断口观察。,3.金相显微镜观测,2023/3/20,104,4.扫描电子显微镜(SEM)观测 扫描电子显微镜的最大特长是：不需要制备复型试样，没有透射电子显微镜复型制样带来的假像；光栏角很小，焦深很大，成像立体感特别强；放大范围很宽，能从十倍直接放大到十万倍，特别适合作断口上的定点观察；,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,105,扫描电子显微镜可以观察深孔底部的形貌，这对观察气孔、疏松、气蚀的底部情况是惟一较好工具；适合作拉伸、弯曲、压痕、疲劳、刀具切削等动态形变过程的观察；当备有高温、低温装置时，可观察金属与合金的相变过程和氧化过程。扫描电子显微镜的不足之处就是不能分辨颜色和不能定结构。,4.扫描电子显微镜(SEM)观测,2023/3/20,106,5.透射电子显微镜(TEM)观测透射电子显微镜有很高的分辨率，能区分扫描电镜不易区分的形貌细节，能确定第二相的结构，如配有能谱，还能测定第二相的成分。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,107,透射电子显微镜不能做400倍以下到很高倍数的定点连续观察，制样过程较复杂，有时还会产生假像。为保证不出现假像，一般用重复法，即在同一部位重复观察多次。,5.透射电子显微镜(TEM)观测,2023/3/20,108,6.电子探针(EP)观测电子探针的主要特长在于能测量几立方微米体积内材料的化学成分，如测量细小的夹杂物或第二相的成分，检测晶界或晶界附近与晶内相比有无元素富集或贫化。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,109,电子探针不能代替常规的化学分析方法确定总体含量的平均成分；不能做H，He，Li三元素的分析，而且对Be(z=4)到Al(z=13)等元素的灵敏度都很低；也测不出晶界面上的微量元素，如可逆回火脆性晶界面上的富集元素。,6.电子探针(EP)观测,2023/3/20,110,7.俄歇能谱仪(AEM)分析俄歇能谱仪是进行薄层表面分析的重要工具。它的出现对确定回火脆性原因方面起了很大作用。用它分析Li，Be，B，C，N，O时的灵敏度比电子探针高很多,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,111,俄歇能谱仪不能测定H和He因为这两种元素只有一层外层电子，不能产生俄歇电子此外，需要10-910-10Torr的超高真空，测试“周期”长，定量也有一定困难。,7.俄歇能谱仪(AEM)分析,2023/3/20,112,8.X射线分析为了确定断口上的腐蚀产物、析出相或表面沉积物，可采用粉末法。它一次可获得多种结构和成分。测定第二相或表面残余应力可采用衍射法，它的灵敏度高，方便、快速，能分析高、低温状态下的组织结构。但它不能同时记录许多衍射线条的形状、位置和强度，不适合分析完全未知的试样。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,113,9.常规力学性能试验1）硬度测试 模具失效零件在不解剖的前提下，通过测量硬度可以获得下列信息：帮助估计热处理工艺是否存在偏差；估计材料拉伸强度的近似值；检验加工硬化或由于过热、脱碳或渗碳、渗氮所引起的软化或硬化。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,114,2）拉伸、冲击试验 将模具失效零件制成试样，通过拉伸试验和冲击试验可以测定失效材料的常规力学性能，检验材料的力学性能参数是否达到设计计算的要求。必要时还应在比使用温度稍高或稍低的温度环境做力学试验。,9.常规力学性能试验,2023/3/20,115,有时，失效零件的解剖试样达不到标准试样尺寸要求，可解剖制作非标准试样，如小型拉伸试样或非标准冲击试样。但应注意，小试样冲击试验所测定的力学性能参数在数值上和用标准试样测得的数据是不相等的。,9.常规力学性能试验,2023/3/20,116,10.断裂力学测试与分析在失效分析工作中的断裂力学测试，主要有材料断裂韧度测试、模拟介质条件下的应力腐蚀测试、模拟疲劳条件下的裂纹扩展参数测试。可以应用这些断裂力学参数对模具结构或零件的断裂做出定量的评价。,三、失效分析的基本实验技术简介,2023/3/20,117,1、每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路。23.3.2023.3.20Monday,March 20,20232、成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦。13:17:3413:17:3413:173/20/2023 1:17:34 PM3、每天只看目标，别老想障碍。23.3.2013:17:3413:17Mar-2320-Mar-234、宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子。13:17:3413:17:3413:17Monday,March 20,20235、积极向上的心态，是成功者的最基本要素。23.3.2023.3.2013:17:3413:17:34March 20,20236、生活总会给你另一个机会，这个机会叫明天。2023年3月20日星期一下午1时17分34秒13:17:3423.3.207、人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走。2023年3月下午1时17分23.3.2013:17March 20,20238、业余生活要有意义，不要越轨。2023年3月20日星期一1时17分34秒13:17:3420 March 20239、我们必须在失败中寻找胜利，在绝望中寻求希望。下午1时17分34秒下午1时17分13:17:3423.3.2010、一个人的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值钱。3/20/2023 1:17:34 PM13:17:342023/3/2011、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步。3/20/2023 1:17 PM3/20/2023 1:17 PM23.3.2023.3.20,谢谢大家,