失效篇4-1.ppt

模具寿命与失效 授课人：李小松 第四章 模具材料抗失效性 能指标和测试方法 模具失效的实质就是在特定负荷作用下，具有特定形状的模具材料的失效。 材料可以用各种不同的性能指标来反映材料对不同形式失效的抗力。 第一节 材料抵抗过量变形失效的性能指标 模具的弹性变形不可避免，但其弹性变形量不能超过一定的允许值。 模具的塑性变形是不允许的，或者只允许有局部的微小塑性变形。 材料抵抗过量变形失效的性能指标 当模具的弹性变形量超过允许值或发生比较明显的塑性变形时，都会导致模具发生过量变形失效。 材料抵抗过量变形失效的性能指标 材料抵抗过量弹性变形失效的性能指标采用弹性变形抗力指标 材料抵抗塑性变形失效的性能指标采用塑性变形抗力指标。 一、弹性变形的抗力指标 材料抵抗弹性变形的性能指标主要是弹性模量E和切变模量G， 弹性模量E：使材料产生单位正应变所需正应力的大小。（σ/ε） 切变模量G：使材料产生单位切应变所需切应力的大小。（τ/γ） 一、弹性变形的抗力指标 材料的E或G越大，在相同载荷下产生的弹性变形越小，越不易发生过量弹性变形失效。 弹性模量和切变模量的影响因素 受环境温度和材料截面形状、尺寸的影响。 材料的合金化、热处理、冷变形等强化手段的影响很小。 减小模具的弹性变形，只能通过合理设计模具提高其结构刚度来解决。 二、塑性变形的抗力指标 模具发生塑性变形的根本原因，是由于在外力作用下，模具整体或局部产生的应力值大于模具材料屈服点的应力值（图中的σS）。 塑性变形失效的原因 模具材料本身的屈服强度不高，或热处理不当而未能发挥材料的强度潜力是塑性变形失效的主要原因； 操作不当或者意外因素引起的超载也会造成塑变失效。 根据模具不同的使用要求，采用不同的模具材料时，衡量及测定其抵抗材料塑性变形失效的性能指标也有所区别。 1、冷作模具钢的塑性变形抗力指标 抗压屈服强度或抗弯屈服强度。 冷作模具钢的碳含量较高，且在淬火和低温回火状态使用，塑性较低、脆性较大。 适宜用压缩试验测定其压缩屈服点。 压缩试验的性能数据与冲头工作时所表现出来的塑变抗力基本吻合。 1、冷作模具钢的塑性变形抗力指标 脆性较大的材料常用弯曲试验测定其抗弯屈服点。 弯曲试验时，试样的塑变量（残余挠度）较大，测试的灵敏度较高，因此可以较准确地比较出相近材料或同一材料在不同的热处理工艺条件下较小的性能差别。 2、热作模具塑性变形的抗力指标 1）室温下的屈服强度 2）回火抗力， 3）高温下的屈服强度。 4）塑变抗力也可以用硬度指标来衡量。 硬度与抗压屈服强度的关系 模具材料的硬度在一定范围内与该材料的抗压屈服强度成正比。 注意：屈服强度比硬度对材料的组织状态敏感，相同硬度的不同材料，由于成分和组织不同，它们的抗压屈服强度并不相当。 例如：模具用钢 Cr6WV、Crl2MoV、W18Cr4V 淬火+低温回火后的硬度同为63HRC时， 三者的抗压屈服强度依次递增。 第二节 材料抵抗断裂失效的性能指标 模具的断裂失效是因为模具中的应力超过了材料相应的断裂抗力。 模具承受载荷或应力的性质不同，模具断裂的形式不同，则材料的断裂抗力指标也不同。 材料的断裂形式可分为： 第二节、材料抵抗断裂失效的性能指标 快速断裂（一次断裂）：当模具中的应力单调增加并超过一定的临界值时，材料迅速发生的断裂。 疲劳断裂：当模具承受高于一定临界值的交变应力作用时，尽管其最大应力低于材料的屈服点，经过相当多周次的服役后，材料所发生的断裂。 一、快速断裂失效的抗力指标 （一）快速断裂的类型和方式 根据模具工作条件和所选用的材料不同，快速断裂的类型有韧性断裂和脆性断裂。 （一）快速断裂的类型和方式 根据断裂裂纹扩展的途径，断裂形式分为穿晶断裂和沿晶断裂。 （一）快速断裂的类型和方式 根据断口的宏观表面对应力的取向，断裂形式分为正断和切断。 工程上衡量材料抵抗变形和断裂的强度指标 1）正断抗力Sk—材料抵抗正断的性能指标； 2）切断抗力τk—材料抵抗切断的性能指标。 3）剪切屈服强度τs—材料对塑性变形的抗力 指标。 断裂方式分析 在外载荷作用下，根据最大切应力理论和最大拉应变理论可以求出模具危险点处的最大切应力值为τmax和最大正应力值为σmax。 当最大应力值随着外载荷的增加而成比例地增加时，材料的断裂可有以下三种情况： 材料断裂的三种情况 1）脆性正断 当载荷增大，σmaxSk，τmaxτs时，材料发生正断，断裂前无塑性变形，是脆性断裂。 2）韧性切断 当载荷增大，τmaxτs，τmaxτk，σmaxSk时，材料先发生塑性变形，然后发生切断，是韧性断裂。 3）韧性正断 当载荷增大，τmaxτs，σmaxSk, τmaxτk时，材料先发生塑性变形，然后发生正