12CrNi3A 模具失效分析

模具失效分析实验报告1. 实验目的本实验旨在通过模具失效分析，探究模具失效原因，提升模具寿命和生产效率。

2. 实验原理模具失效是指模具在使用过程中发生的各种故障和损坏现象，主要包括磨损、断裂、变形等。

模具失效的原因多种多样，常见的包括材料质量、设计缺陷、使用条件等方面。

本实验采用模具失效分析技术，通过观察和测试，对失效模具进行分析，确定失效原因，并提供相应的改进措施。

3. 实验步骤3.1 模具选取与准备从生产线上选取三个出现失效的模具作为实验样本，确保这些模具具有代表性。

3.2 外观检查对选取的模具进行外观检查，观察是否有明显的表面磨损、裂纹、变形等现象，并记录下来。

3.3 尺寸测量使用测量仪器对模具的关键尺寸进行测量，并与设计要求进行比对，记录下偏差值。

3.4 材料分析通过对模具材料进行化学成分分析和显微结构观察，判断是否存在材料质量问题，并记录下分析结果。

3.5 应力分析利用有限元软件对模具进行应力分析，分析模具在使用过程中的受力情况，并找出可能存在的应力集中区域。

3.6 用户反馈分析与模具使用人员进行交流，了解他们对模具失效的主观评价和使用情况，寻找可能的改进方向。

3.7 综合分析将以上各项分析结果综合起来，对模具失效原因进行初步判定，并提出相应的改进建议。

4. 实验结果与讨论通过上述实验步骤，得到了以下模具失效分析结果：- 模具外观检查发现，样本1有较严重的表面磨损和裂纹，而样本2和样本3则表现较好。

- 尺寸测量结果显示，样本1存在较大的尺寸偏差，而样本2和样本3与设计要求基本一致。

- 材料分析结果表明，样本1的材料成分出现异常，可能质量存在问题。

- 应力分析显示，样本1的应力分布不均匀，存在较大的应力集中区域。

- 用户反馈分析发现，样本1的使用寿命明显较短，存在易损部件设计不合理的问题。

综合以上分析结果，初步判定样本1的失效原因是由于材料质量问题和设计缺陷导致的。

为提升模具寿命和生产效率，建议采取以下改进措施：- 对模具材料进行检测和筛选，确保材料质量稳定。

Cr12MoV型钢模具失效分析及模具新工艺唐俊摘要：简述 Cr12MoV型钢的材料特性, 对Cr12MoV型钢制若干常见冷作模具的失效案例进行分析和讨论, 探讨在当前生产环境下 Cr12MoV型钢制冷作模具常见失效形式的一些主要应对方法与提高模具寿命的新技术。

关键词: Cr12型钢; 冷作模具; 失效; 锻造; 热处理；表面处理；新技术1引言在过去的近20年，尤其是近几年，我国模具工业发展非常迅速。

模具需求一直以每年18％左右的速度快速增长，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了强大的动力。

Cr12MoV 钢钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一，属于高耐磨微变形冷作模具钢。

该钢具有淬透性好、硬度高且耐磨、热处理变形小、高抗弯强度等优点, 仅次于高速钢，常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具, 如冷冲压、冷镦、冷挤压模等，其消耗量在冷作模具钢中居首位。

该钢钢虽然强度、硬度高，耐磨性好，但其韧度较差，对加工工艺和热处理工艺要求高，处理工艺不当很容易造成模具过早失效。

例如：某模具加工厂生产制造的冷冲模具，材料为Cr12MoV冷作模具钢，生产工艺为：冶炼→锻造→球化退火→粗加工→热处理→精加工成型。

热处理为（980±10）℃油冷+(510±20)℃空冷。

模具投入生产后，仅生产2000件即发生断裂崩落，出现过早失效，为了找出模具过早失效原因，本文对该模具进行失效分析，并进行锻造、热处理工艺的分析与改进。

2 模具的失效分析2.1 模具的化学成分及冶金质量分析通过提取模具材料样品, 对其化学成分进行分析, 所得结果如表 1 所示( 括号内为 Cr12MoV 钢的化学成分范围)。

化学成分（%）元素 C Si Mn Cr Mo V S P 质量分数 1.62 0.32 0.31 12.1 0.54 0.22 0.015 0.017成分范围（1.5～1.7） (<0.4) (<0.35) (11.5～12.5) (0.4～0.6) (0.15～0.3)(<0.03) (<0.03) 表1 Crl2MoV 钢冷冲裁模具的化学成分( 质量分数)由表1中的数据可以看出, 失效冷冲裁模具的化学成分在Cr12MoV 钢的化学成分范围内, 不会对模具的金相显微组织和力学性能造成较大的影响; 另一方面, 杂质元素硫和磷的质量分数未超标, 不至于导致模具的开裂与失效. 由此判断, 该模具的过早失效不是由材料的化学成分引起的。

模具失效分析教案设计教案标题：模具失效分析教案设计教案目标：1. 了解模具失效的常见原因和类型；2. 学习模具失效分析的基本方法和步骤；3. 培养学生对模具失效分析的实际应用能力。

教学内容：1. 模具失效的概念和分类a. 模具失效的定义和意义b. 模具失效的分类：磨损失效、疲劳失效、塑性变形失效等2. 模具失效分析的基本方法a. 外观检查法：观察模具表面的磨损、裂纹等情况b. 金相分析法：通过金相显微镜观察模具材料的组织结构变化c. 化学分析法：通过化学分析仪器检测模具材料中的化学成分变化d. 力学性能测试法：通过拉伸、弯曲等测试方法评估模具材料的力学性能e. 数字仿真分析法：利用计算机软件模拟模具使用过程中的应力、变形等情况3. 模具失效分析的步骤a. 收集模具失效样本和相关信息b. 外观检查和记录模具失效情况c. 进行金相分析和化学分析，了解模具材料的变化d. 进行力学性能测试，评估模具材料的强度和韧性e. 利用数字仿真分析法，模拟模具使用过程中的应力和变形情况f. 综合分析以上结果，得出模具失效的原因和类型教学步骤：1. 导入：介绍模具失效分析的重要性和应用领域，引起学生的兴趣。

2. 知识讲解：讲解模具失效的概念、分类、基本方法和步骤，通过案例分析加深学生对知识的理解。

3. 分组讨论：将学生分成小组，每个小组选择一个模具失效案例进行分析，并按照教学步骤进行实际操作。

4. 小组展示：每个小组向全班展示他们的模具失效分析结果，并进行讨论和交流。

5. 总结归纳：总结模具失效分析的重要性和方法，并强调实践操作的重要性。

6. 作业布置：布置作业，要求学生选择一个自己感兴趣的模具失效案例进行分析，并撰写一份模具失效分析报告。

教学资源：1. PowerPoint演示文稿：包含模具失效的概念、分类、基本方法和步骤等内容。

2. 模具失效样本和相关信息：供学生进行实际操作和分析。

3. 金相显微镜、化学分析仪器、力学性能测试设备：用于实验操作和数据收集。

第一节模具失效的原因分析塑料模具的失效形式主要体现在以下几个方面：选材、钢料品质、模具设计、模具加工质量、热处理、模具表面处理、模具使用等。

1)表面磨损、局部崩裂、变形及断裂；模具的耐磨性，随着模具硬度的提高而增加，但在硬度相同的情况下，韧性愈好耐磨性愈高，所以，模具硬度越高，冲击性能会下降，会促使磨损裂纹的形成和扩展，从而加速磨损的进程。

要提高耐磨性，必须注意硬度和韧性的良好配合。

2)由于塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高，再加上不少塑料中含有氯氟元素，其产生的腐蚀性气体的腐蚀，会加剧模具的磨损失效，所以，因表面磨损造成的模具失效比例大；3)因未调整好低压保护，胶件的压模造成模具表面凹陷的情况也时有发生；4)小型模具在大吨位机台上超载使用时，容易产生表面凹陷、皱纹、堆塌等，特别是在棱角处易产生塑性变形；5)由于塑料制品成型模具形状复杂，存在许多棱角、薄壁等部位，在这些部位会产生应力集中，而发生断裂。

6)模具材质选择不当。

具体见《模具选材原则》。

7)模具工件热处理工艺不良。

从模具失效分析得知，70％的模具失效是由于热处理不当与选材不当造成的。

二、模具失效改善途经：采用正确的钢料热处理工艺与钢料表面处理工艺为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。

热处理加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢和炉内气氛等工艺参数的选择不当，都会造成淬火开裂或早期失效。

众所周知，磨损、粘结均发生在表面，疲劳、断裂也往往从表面开始，因此，对模具表面的加工质量要求非常高。

但实际上由于加工痕迹的存在，热处理时表面氧化脱碳也在所难免。

因此，模具的表面性能反而比基体差。

采用热处理新技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。

模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。

基体的强韧化在于提高基体的强度和韧度，减少断裂和变形。

表面强化的主要目的的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。

模具设计中的故障分析与维修措施推荐在制造业中，模具设计是一个重要的环节。

模具的质量和性能直接影响着产品的质量和生产效率。

然而，模具在使用过程中难免会出现故障，给生产带来一定的困扰。

因此，对模具设计中的故障进行分析，并提出相应的维修措施是十分必要的。

一、故障分析1. 模具磨损模具在使用过程中，由于长时间的摩擦和冲击，会导致模具表面的磨损。

磨损严重会导致模具尺寸偏差增大，甚至无法继续使用。

常见的磨损形式有磨损、疲劳破坏等。

2. 模具变形模具在使用过程中，由于受到外力的作用或温度变化等因素，会发生一定程度的变形。

模具变形会导致产品尺寸不准确，甚至无法使用。

常见的变形形式有弯曲、扭曲等。

3. 模具裂纹模具在使用过程中，由于受到冲击或应力集中等原因，会出现裂纹。

裂纹的出现会导致模具寿命减少，甚至造成模具损坏。

常见的裂纹形式有疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹等。

二、维修措施推荐1. 模具磨损的维修对于磨损严重的模具，可以采取修复或更换零部件的方式进行维修。

修复可以通过表面处理、热处理等方式进行，以恢复模具的原始尺寸和性能。

如果磨损过于严重，无法修复，就需要更换零部件。

2. 模具变形的维修对于模具的变形问题，可以通过热处理或机械加工等方式进行维修。

热处理可以通过加热和冷却等方式，使模具恢复原始形状。

机械加工可以通过切削、磨削等方式，修复模具的尺寸和形状。

3. 模具裂纹的维修对于模具的裂纹问题，可以采取焊接、热处理等方式进行维修。

焊接可以通过填充和熔化等方式，修复模具的裂纹。

热处理可以通过加热和冷却等方式，消除模具的应力，防止裂纹扩展。

维修措施的选择要根据具体情况进行。

在进行维修之前，需要对模具的故障原因进行分析，确定维修的方式和方法。

同时，维修过程中需要注意保护模具的表面，避免二次损坏。

除了维修措施，预防措施也是非常重要的。

在模具设计和使用过程中，应注意以下几点：1. 合理设计模具结构，减少应力集中和磨损。

2. 选择适当的材料，提高模具的耐磨性和耐腐蚀性。

关于模具使用寿命及失效问题分析摘要：在现代工业社会中，冷冲压模具生产方式是一种倍受青睐的现代工业品的加工方式，它的使用寿命直接影响着现代工业生产的效能与效率，它已是现代工业生产中的关键一环，因而它的使用寿命的提高也成为众多企业和专家学者研究课题。

关键词：模具使用寿命；失效问题；措施模具被人们称为工业之父，由于现代工业的自动化程度越来越高，模具的使用范围也越广泛，可在我国的较多中小企业中，其寿命还很低，仅相当于国外同行业的1/3到1/5。

模具的寿命低，不但会降低产品质量，更会产生浪费模具材料、增加加工工时等严重的后果，使产品的成本居高不下并严重影响生产效率。

1模具结构丧失功能的原因分析模具制品主要应用于工业生产，但时常会出现各类异常操作，进而导致模具结构定型功能的丧失，由此白白消耗大批的劳动工时，制约了生产效率的提升。

在此重点阐释模具制品失效的常见原因及常见的失效类型。

模具制品有多种失效模式，其中冷热型模具在使用过程造成功能丧失的几种主要表现是：在实际使用过程中模具结构产生塑性形变；模具工件内腔的摩擦损耗；模具材质疲劳；模具结构开裂。

1.1模具结构产生塑性形变模具结构所产生的塑性形变就是指其所承受的负载大小超出了依照其本身结构特点所设定的屈服强度指标并由此引发的模具结构形态改变，比如模具发生胎腔内陷、孔眼增大、棱角边缘坍落以及凸型模转变成镦粗型结构、竖向发生弯曲情况等。

特别是热加工型模具制品，它的有效工作表观层和高温型材料相接触产生摩擦及挤压过程，导致胎腔表观层温度一般都远远超出热加工模具钢材质的回火状态温度，胎腔内表面因为受热变软而被挤陷或挤成堆状。

冷镦型模具主要采用具有弱淬透性能的钢材，模具工件经过淬火预热之后，通过里孔实施喷水降温作业从而形成硬型保护层。

在模具工件使用过程中，倘若其受到的冷镦应力太强，其硬型表层下部的内壁耐压屈服性能不强，此时模具体内腔即被压坍。

模具工质的本身屈服能力通常随着碳元素的组分浓度随着某类合金成分的增大而上升，在硬度性能一样的状态下，不同组分含量的钢材质具备的抗压能力不一样，当钢体硬度指标为64HRC时，下面4类钢质的耐屈服能力从小到大的排列顺序是：5CrNiW＜Cr6WV＜Cr12＜W18Cr4V。

Cr12模具钢加工失效分析摘要在Cr12钢制作模具的过程中,坯料出现裂纹,通过对材料加工工艺、化学成分、力学性能和金相组织的检验,结果表明,材料中共晶碳化物分布的不均匀及其残余应力是导致材料在进行切割加工时出现裂纹,最终导致材料失效的主要原因。

关键词Cr12钢;共晶碳化物;金相组织;失效分析Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢,属高碳高铬类型的莱氏体钢。

该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性,多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模及冲头、冷剪切刀、钻套、量规、拉丝模等模具。

在模具制作过程中出现裂纹,模具的坯料为准80mm的Cr12钢,裂纹出现在材料热处理后的切割加工阶段,裂纹深约15mm。

通过化学成分、力学性能和金相组织等项目的检验,对材料的失效原因进行了分析。

1化学成分和力学性能分析1.1化学成分分析对失效部件的材质分别采用高频感应红外吸收法和电感耦合等离子体原子发射光谱法进行元素分析,结果表明材料的化学成分符合Cr12钢的成分要求。

1.2裂纹宏观检验经观察,坯料的裂纹产生于表面处,向芯部扩展,深度约15mm,裂纹较直,见图1。

对断口形貌进行观察,发现断口具有灰亮色的金属光泽,且没有宏观塑性变形,为典型的脆性断裂。

1.3力学性能测试对于Cr12钢,一般采用锻后热处理,即锻后退火+淬、回火的工艺,以获得预期的硬度和组织。

通常采用的工艺为860℃×4h空冷,获得粒状珠光体+碳化物组织。

本样品为了获得模具的高硬特性(63HRC),采用950-980℃的油淬+150℃回火。

本文按照GB/T4340.1-2004标准对材料不同部位进行了硬度试验。

结果表明,模具坯料表面(62.34HRC)和心部硬度(62.6HRC)基本符合预期工艺要求。

1.4金相分析样品切面取自裂纹处,经镶嵌磨抛后,制成标准金相试样,根据GB/T13298-1991,采用三氯化铁(5g)+盐酸(15mL)+乙醇(100mL)混合溶液浸蚀后进行显微结构观察,发现材料的组织为回火马氏体+残余奥氏体+共晶碳化物,其中共晶碳化物呈骨骼状和块状,最大尺寸为0.040mm,其形态和分布极不均匀,按照GB/T14979-1994方法测得碳化物不均匀度为7级,见图2。