5CrMnMo模具材料及其失效分析解析

模具失效及解决方法实例一、引言模具是工业生产中必不可少的工具，它能够成型出各种形状和尺寸的产品。

然而，模具在使用过程中会受到各种因素的影响，导致失效。

模具失效不仅会影响生产效率，增加生产成本，还会影响产品的质量。

因此，了解模具失效的原因和解决方法非常重要。

本文将介绍模具失效的类型、原因以及一些常见的解决方法实例。

二、模具失效类型1. 磨损：模具在使用过程中，其工作表面会与材料不断接触，导致工作表面磨损。

2. 腐蚀：模具受到化学或电化学作用，导致腐蚀损坏。

3. 塑性变形：材料在模具内塑性变形，导致模具变形。

4. 热疲劳：模具在工作过程中频繁冷热交替，导致热疲劳损坏。

5. 裂纹扩展：由于制造、使用过程中产生的裂纹在交变应力作用下扩展导致破坏。

三、模具失效原因1. 操作不当：如超负荷生产、材料硬度过高、材料中有杂质等都会导致模具过早磨损或腐蚀。

2. 维护不当：润滑不足、冷却系统不良等都会导致模具过热或腐蚀。

3. 材料问题：模具材料的选择不当，如硬度、耐腐蚀性、耐磨性等都会影响模具的使用寿命。

4. 制造问题：制造过程中的缺陷，如铸造缺陷、热处理不当等都会导致模具产生裂纹或塑性变形。

四、解决方法实例1. 磨损修复：对于磨损的模具，可以采用堆焊、喷涂等方法进行修复。

例如，对于磨损的凸轮表面，可以采用堆焊的方式进行修复，选择耐磨性好、焊前流动性好的合金堆焊焊条。

在修复过程中，需要注意控制热输入，避免热影响扩大。

同时，对于一些磨损严重的模具，还可以采用喷涂的方法进行修复，选择耐磨性好、耐腐蚀的涂层材料，如金属陶瓷、镍基涂层等。

2. 腐蚀防护：对于腐蚀的模具，可以采用镀层、表面处理等方法进行防护。

例如，对于受腐蚀的模具钢表面，可以采用镀铬或镀锌等防腐方法进行防护。

此外，还可以采用表面处理的方法提高模具表面的抗腐蚀性能，如采用氧化处理、磷化处理等。

3. 温度控制：对于塑性变形的模具，可以通过调整生产工艺、选择合适的材料等方法来降低模具工作时的温度。

热加工模具的材料选择及热处理随着社会的发展，科学的发展，热加工用模也有了很迅速的发展。

本毕业设计从理论与实践的角度对热加工模模具进行阐述，针对热加工模用料及热处理进行分析，从以下几方面进行论述：热加工类模具用钢的材料分析热加工模是工业产品生产中不可缺少的工艺方法之一。

它主要用于制造业和加工业。

它是和冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。

热加工模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安全机构等。

为提高模具的质量，性能，精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。

所以，模具应属于标准化程度较高的产品。

一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%~45%。

一、热加工用模模具的功能和作用现代产品生产中，热加工模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。

现代工业产品的零件，广泛采用冲击、成型锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或胚料成形加工成符合产品要求的零件，或成分精加工前的半成品件。

如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品胚件的。

高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万，甚至几千万产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。

适用于多品种、少批量或产品试制的模具有：组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成型冲模，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。

工模具材料分类及其应用工模具是国民经济各部门重要的工艺装备，加工工件需要刀具，夹持工件需要夹具，检验工件尺寸精度需要量具，工件成形需要模具，机械各行业与工模具都息息相关。

材料是基础，没有好的材料要想造出好的工模具是不可能的；有了好材料，没有精湛的热处理技术，同样生产不出高质量、长寿命的工模具。

（1）刀具材料人类历史上最早使用的金属刀具应该是铜质刀具，早在公元前2700年至公元前1900年我国就出现了黄铜锥和纯铜的锥、钻、刀等。

18世纪后期，随着蒸汽机等机器的出现，整体高碳钢刀具得以应用。

1898年，美国的泰勒和怀特发明高速工具钢（高速钢）。

1923年，德国施勒特尔发明了硬质合金。

在当时的条件下，碳钢刀具的切削速度约为5m/min，高速钢刀具切削速度约为20～30m/min，并且，被加工件的表面质量和尺寸精度也得到了相应提高。

在20世纪30年代以后，非金属材料刀具出现了，德国德古萨公司取得了关于陶瓷刀具的专利。

1957年，美国GE公司压出立方氮化硼（CBN）单晶粉。

人造金刚石（PCD）的研究始于1940年，1954年美国正式宣告研制成功。

这些材料发展很快，以后相继研制、生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片。

我国于20世纪60年代，研制成功了单晶CBN、PCBN和PCD。

由于这类刀具材料具有超常硬度，所以可以加工包括淬硬钢、硬质合金等难加工材料，使刀具实现了切削速度在500m/min以上的高速切削。

刀具材料的发展对促进国民经济的发展发挥着不可估量的作用。

在已过去的20世纪里，由于刀具材料的不断进步，使刀具的切削效率提高了150多倍。

目前市售的刀具材料主要是高速钢和硬质合金。

国内市场上，高速钢刀具产值占据总量的60%左右，硬质合金刀具产值大约占总量35%；在美国、德国和日本等工业发达国家，硬质合金刀具要占70%左右。

展望未来，刀具材料无疑是硬质合金的天下。

（2）量具材料GB/T 1299—2014《工模具钢》中列出6种量具刃具用钢。

模具的失效原因
模具的失效原因主要包括以下几个方面：
1. 疲劳失效：长时间的使用，模具会产生疲劳，导致材料的疲劳裂纹扩展，最终引起模具的失效。

2. 磨损失效：模具在使用过程中，由于摩擦和冲击力的作用，会导致模具表面的材料磨损，从而引起模具的失效。

3. 腐蚀失效：模具被腐蚀会导致表面材料的损耗，特别是在化学腐蚀环境中，如酸碱溶液中使用的模具容易发生腐蚀失效。

4. 热失效：模具在高温环境下使用，容易导致材料的氧化、脆化、脱硫等现象，从而引起模具的失效。

5. 断裂失效：由于模具在使用过程中所受到的冲击力过大，或者模具本身存在缺陷等因素，可能导致模具发生断裂失效。

6. 热胀冷缩失效：模具在长时间的热循环中，由于温度变化引起的热胀冷缩，会导致模具材料的破裂，从而引起失效。

7. 其他因素：如设计缺陷、加工不良、装卸失误等因素也会导致模具的失效。

5crmnmo的热处理工艺5CrMnMo是一种高强度低合金钢，常用于制造重型机械构件和工程结构件等应用领域。

在使用前，需要进行热处理以提高其力学性能和耐磨性。

热处理工艺通常包括加热、保温和冷却等过程，下面将详细介绍5CrMnMo的热处理工艺。

1. 预处理在进行热处理前，需要对材料进行预处理，包括去除表面油污、氧化皮以及碳化物等杂质。

可以通过机械方法（例如喷砂、刷洗）或化学方法（例如酸洗、溶剂清洗）来完成。

2. 加热5CrMnMo通常采用淬火+回火的热处理工艺。

在进行淬火之前，需要将材料加热到适当的温度。

加热温度的选择应根据具体要求和材料的化学成分进行确定。

一般来说，加热温度在860-900摄氏度之间。

3. 保温加热到适当温度后，需要保持一定时间，使材料达到均匀的温度分布。

保温时间取决于材料的厚度和加热温度等因素，一般为每毫米2-3分钟。

4. 淬火保温后，需要迅速将材料冷却到室温以下，以获得高硬度和较高的强度。

淬火方法可以选择油淬、水淬或空气冷却，具体取决于材料的化学成分和要求。

油淬可以获得较高的硬度，但会产生较大的变形和残余应力；水淬可以获得高硬度和较好的强度，但易产生裂纹；空气冷却则可以减少变形和裂纹的风险，但硬度较低。

5. 淬火回火淬火后的材料通常会出现过硬和脆性的情况，需要经过回火处理来降低硬度和提高韧性。

回火的温度和时间选择应根据应用环境和要求进行确定。

一般来说，回火温度为300-600摄氏度，回火时间为1-2小时。

在进行热处理工艺时，还需要注意以下几点：- 控制加热速率，避免产生温度梯度过大，引起材料的裂纹和变形。

- 控制保温时间，保证材料的温度均匀分布。

- 选择合适的淬火材料和方法，以获得理想的硬度和强度。

- 严格控制回火温度和时间，避免过渡回火导致硬度过低。

总之，5CrMnMo的热处理工艺通常包括预处理、加热、保温、淬火和回火等步骤。

通过合理控制热处理参数，可以提高材料的力学性能和耐磨性，满足不同应用领域的需求。

35crmnmo7标准35crmnmo7是一种常用的优质合金结构钢，具有高强度、高韧性和良好的可焊性。

本文将介绍35crmnmo7的标准及应用，以及相关的热处理工艺和质量控制要求。

一、标准介绍35crmnmo7标准的编号和名称来源于GB/T3077-2015《合金结构钢》。

该标准规定了35crmnmo7的化学成分、交货状态、力学性能、检验规则等。

在实际应用中，35crmnmo7常用于制造承受较大载荷的零件，如齿轮、轴承、连杆等。

二、应用领域35crmnmo7广泛应用于工程机械、矿山机械、石油机械、船舶等领域。

在汽车工业中，35crmnmo7也可用于制造承受较大载荷的零件，如曲轴、连杆等。

此外，35crmnmo7还可用于制造高温环境下使用的零件，如高温炉架等。

三、热处理工艺35crmnmo7的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

通过合理的热处理工艺，可以提高材料的强度、韧性和可焊性。

在生产过程中，需要根据零件的用途和要求选择合适的热处理工艺。

1.退火：退火是一种消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能的工艺方法。

退火后的材料具有良好的可加工性和焊接性，但会降低材料的强度和硬度。

2.正火：正火是一种改善切削加工性能的工艺方法，可以使材料组织均匀、细密、硬度适中。

正火后的材料具有良好的力学性能和可焊性。

3.淬火：淬火是将材料加热到一定温度，然后快速冷却，以提高其硬度和强度。

在淬火后，需要回火以获得所需的组织和性能。

4.回火：回火是将淬火后的材料加热到一定温度，以消除内应力、稳定组织和性能。

回火后的材料具有良好的韧性和可加工性。

四、质量控制要求为了保证35crmnmo7的质量，需要进行严格的质量控制。

在生产过程中，需要控制原材料的质量、加工工艺的执行情况以及最终产品的性能指标。

具体来说，需要关注以下几个方面：1.化学成分：化学成分是影响材料性能的关键因素之一，需要严格控制。

在生产过程中，需要使用合格的原材料，并按照标准要求进行配料和冶炼。

模具材料的性能对模具寿命有决定性的影响，根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料是模具工程师的重要任务之一。

模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺，是保证模具质量和使用寿命的重要环节，实际使用证明，在模具失效中由于热处理不当引起的占很大比例。

模具用途广泛，工作条件差别大，制造模具的材料范围很广。

目前，冲压模、塑料模、压铸模、粉末冶金模的材料以钢为主，有些模具还可采用低熔点合金和非金属材料等。

模具材料的性能要求及选用原则模具用钢主要性能要求如下：1，硬度和耐磨性（最重要的模具失效形式，决定模具寿命）2，可加工性能（模具零件形状复杂，要求热处理变形小）3，强度和韧性（足够的强度承受高压，冲击载荷等要求高韧性）4，淬透性、抛光性、耐腐蚀性（塑料及添加剂的腐蚀作用）。

模具用钢按用途可分为三大类：1，冷作模具钢：制作金属在冷态下变形的模具，包括：冷冲模、冷挤压模、冷镦模、粉末压制模。

要求高硬度、高耐磨性及足够强度和韧性。

2，热作模具钢：制造经过加热的固态或液态金属在压力下成型的模具，包括：热锻模、压铸模。

要求高温下足够的强度、韧性和耐磨性及高热疲劳抗力和导热性3，塑料模具钢：制造各种塑料模具。

塑料品种多，要求差别大，其模具材料范围广。

主要要求工艺性能高（热处理变形小、抛光性好、耐腐蚀）选用一般原则：满足使用性能要求、良好的工艺性能、适当考虑经济性。

模具常用热处理工艺模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。

模具材料热处理：在钢厂内完成，保证钢材质量，如基本力学性能，金相组织要符合国家标准或行业标准。

特点是大型工业炉中大批量生产。

模具零件热处理：在模具制造厂完成，或专业热处理厂完成。

特点是小批量或单件生产，工艺复杂多样，设备精良。

热处理工艺方法，分预备热处理和最终热处理。

常用方法有：正火、退火、淬火、调质、渗碳及氮化等，见表。

冷作模具钢及其热处理冷作模具主要用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲等工序。

合金工具钢5CrNiMo(姓名:刘刚学号：100102123 模具101) 合金工具钢：5CrNiMo标准：GB/T 1299-1985对应美国AST牌号：T61206(UNS)对应日本JIS牌号：SKT4对应德国DIN,DINEN牌号：55NiCrMoV6临界点温度 Ac1=710℃,Acm=770℃●特性及适用范围：5CrNiMo钢具有良好的韧性、强度和高耐磨性。

它在室温和500～600℃时的力学性能几乎相同。

在加热到500℃时，仍能保持住HB300左右的硬度。

由于钢中含有钼，因而对回火脆性并不敏感。

从600℃缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。

5CrNiMo钢具有良好的淬透性。

300mm×400mm×300mm的大块钢料，自820℃油淬和560℃回火后，断面各部分的硬度几乎一致。

该种钢用来制造各种大、中型锻模。

该种钢易形成白点，需要严格控制冶炼工艺及锻轧后的冷却制度5CrNiMo近似成分外国钢号：美国L6（AISI），日本SKT4（JIS）日本GFA（大同）日本DM（日立），德国1.2713（W-Nr）法国55NiCrMoV7（NF）。

主要技术参数：淬火后：58淬火温度℃ ：830～860交货状态：退火HB≤241冷却剂：油Oil●化学成份：碳 C ：0.50～0.60硅 Si：≤0.40锰 Mn：0.50～0.80硫 S ：≤0.030磷 P ：≤0.030铬 Cr：0.50～0.80镍 Ni：1.40～1.80铜 Cu：允许残余含量≤0.30钒 V ：允许残余含量<0.2钼 Mo：0.15～0.30●力学性能：硬度：退火,241～197HB,压痕直径3.9～4.3mm●热处理规范及金相组织：热处理规范：淬火,830～860℃油冷。

临界点温度 Ac1=710℃,Acm=770℃●交货状态：钢材以退火状态交货。

●5CrNiMo材料主要用途适合制造各种形状复杂，冲击载荷大、工作温度不太高、边长>400mm 大中型锤锻模及切边模.用于制造形状简单一般制造工艺冶炼采用真空精炼工艺确保钢材纯洁;采用大型专业的热处理使钢材获得最佳的预硬化效果,硬度均匀分布.。

关于塑料模具的磨损机制及其失效机理摘要：本文通过对塑料磨具的磨损机制及其失效机理的研究，总结塑料磨具尺寸精度和表面粗糙度下降的缘由，并提出相应的改进措施，以更好的消除塑料磨具磨损现象，提升塑料磨具的使用周期和商品质量。

关键词：塑料磨具；磨损机制；失效机理前言成型模、挤塑模、吹塑模等塑料模具在日常生活中，经常会在使用一段时间后出现表面粗糙和尺寸精度问题，严影响了塑料产品的生产质量。

有些甚至会早早失去应用效果，导致很大的经济损失。

为了解决此类问题，笔者针对塑料磨具的使用做了大量的研究，得出高温冲蚀一氧化碳是其中最主要的原因，摩擦使得表面材料产生破坏，影响了塑料制品的正常使用效果。

1.塑料模具的高温冲蚀现象1.1实验设备主要有布氏硬度测试仪，扫描仪，电子探针仪等检测设备，离子喷涂等热喷涂设备，数控电火花机等表面加工设备，金属材料的热处理设备等，本研究主要选用塑料模具钢材制作的模具进行对比实验。

1.2实验方案（1）不同塑料磨具材料的氧化对比实验；（2）不同含珞量的塑料磨具材料对比实验；（3）塑料模具表面等离子喷涂的陶瓷覆层实验；（4）塑料模具对于表面热处理的实验；（5）塑料模具在不同的工艺参数下所使用的对比实验。

1.3氧化机理经过实验和研究可以发现，塑料模具表面精度和尺寸发生变化的主要原因就是高温冲蚀一氧化碳，本文从塑料模具表面高温冲蚀一氧化碳的机制图和物理模型进行讨论。

1.3.1氧化的物理模型（1）表面氧化模型通过实践操作表明：当粒子能量还不能够对塑料模具表面的氧化层造成威胁时，氧化动力学是塑料模具表面的材料质量变化的决定性因素，这个时候的氧化层对模具表面起到一定的保护作用。

但是，随着能量的不断提升，塑料模具表面就会逐渐出现断裂或者碎屑现象，但因为皮层厚度的存在使得氧化层的保护作用仍在，所以，模具质量随时间出现了不平滑现象。

当粒子能量突破模具表面的承受值，粒子运动速度加快，模具表面氧化物减少，逐渐发生变形和以塑料模具表面为主的冲蚀状态。

1 5CrMnMo模具的常规工艺及其失效原因分析作为目前国内较为流行的锻模材料, 5C r M n M o具有良好的抗热烧蚀性、导热性、淬透性以及冲击韧性,但由其制成的模具长期在高压、高应力以及反复急速加热与冷却等恶劣条件下工作,极易产生疲劳裂纹或变形塌陷,平均寿命只有2000件左右,不利于锻件生产质量和效率的提高。

1.15CrMnMo模具热处理的常规工艺模具加工的一般工序如下:下料→锻造→退火→机加工→探伤→机加工成形→打磨型腔→热处理→打磨抛光型腔→探伤→检验。

在5CrMnMo热锻模具的加工中,由于毛坯锻造后晶粒较粗大,组织不均匀,机加工困难。

因此通常会采用进行预先热处理以改善化学成分的偏析程度和组织的不均匀性,以消除毛坯锻造后的内应力。

加热到淬火温度后,保持一定时间,放入油中冷却,淬火冷却至200℃左右及时回火,共进行四次回火。

可参考的工艺参数为:600℃～650℃×(4～5) h,830℃～850℃×(5～6) h,480℃～500℃×6h回火。

在这种常规工艺处理过程中,当表面冷至200℃出油时,心部温度仍较高,于是心部大量残余的奥氏体回火时会转变为珠光体或粗大的强度较低的上贝氏体,形成的模具强韧性下降,裂纹扩展阻力较小,寿命普遍不高,使用中常有早期脆断或热疲劳裂纹出现。

1.25CrMnMo模具的工作条件及失效原因分析1.2.1高温条件45Cr钢锻件胚料在预锻及终锻过程中,模具型腔表面都要在2～4s内被加热至600℃以上,当型腔预热至150℃左右时,型腔表面温度一般在700℃以上,一旦工作温度超出淬火后的回火温度,就会引起模具的急剧软化,使模具强度和硬度大幅度降低,并产生加速其磨损失效的微裂纹。

1.2.2急剧冷却操作中为降低模具温度常采用水冷等强制冷却,由于受到急剧的冷热交替作用,当温度超过相变点时,模具会产生拉伸与压缩交变的应力,在应力超出模具的屈服强度时,即可能出现塑性变形,从而生成裂纹。

5crmnmo淬火与回火硬度一、淬火与回火的概念与原理1.1 淬火的概念淬火是金属材料经过加热到一定温度后迅速冷却的过程，通过迅速冷却使材料快速固化，从而达到提高硬度和强度的目的。

1.2 回火的概念回火是在淬火后，将材料加热到较低温度保温一段时间，然后进行冷却，目的是减轻淬火带来的内应力和脆性，提高材料的韧性和韧性。

1.3 淬火与回火的原理淬火时，材料中的奥氏体会转变为马氏体，马氏体具有高硬度和脆性。

而回火时，马氏体会分解成回火马氏体和残余奥氏体，回火马氏体的硬度会降低，而残余奥氏体的含量则会增加。

二、5crmnmo淬火硬度的影响因素2.1 火焰温度火焰温度是淬火硬度的重要因素之一，温度过高或过低都会影响淬火硬度。

控制好火焰温度能使材料达到理想的淬火效果。

2.2 淬火介质淬火介质的选择也对淬火硬度起着重要的影响。

常用的淬火介质有水、油、盐水等，不同的淬火介质对硬度的影响也不同。

2.3 淬火时间淬火时间是指材料在淬火介质中停留的时间，时间过短或过长都会影响淬火效果和硬度。

对于5crmnmo材料的淬火，一般需根据材料的特性和要求来确定最适宜的淬火时间。

2.4 加热温度和冷却速度加热温度和冷却速度也会对淬火硬度产生影响，过高或过低的加热温度以及过快或过慢的冷却速度都会导致淬火硬度不理想。

三、5crmnmo回火硬度的影响因素3.1 回火温度回火温度是影响回火硬度的重要因素之一，温度过高或过低都会对硬度产生影响。

通常回火温度一般会低于淬火温度。

3.2 回火时间回火时间指的是材料在回火温度下保持一定时间，时间的长短也会影响回火硬度。

一般来说，回火时间越长，回火硬度越低。

3.3 回火方式回火方式是指材料在回火过程中的冷却方式，有空气冷却、油冷却等多种方式。

不同的回火方式也会对硬度产生影响。

3.4 淬火前材料状态淬火前材料的状态也会对回火硬度产生影响，材料的组织结构和元素成分不同，淬火后的回火硬度也会有所差异。