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轉發自：《熱加工工藝》2016年9月第45卷第18期

作者：楊磊，夏明六，徐先滿，陳由熹

（銅（tóng）陵市特種設備監督檢驗中心，安徽銅陵244000）

摘要：分析了GCr巧衝壓模具零件在成型電阻片過程中的失效（xiào）原因，並采用軟氮化工（gōng）藝對其表麵進行（háng）了強化 采用金相（xiàng）顯微（wēi）鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、顯（xiǎn）微硬度計、氧化（huà）試驗等表征了失效特征（zhēng）、氮化層組織結構及性（xìng）能（néng）等。結果表明，氧化腐蝕是導致模具零件過早失效的重要原因，軟氮化處理可以有效減輕模具（jù）零件表麵的（de）氧化腐蝕，延長模具零件的使用壽命 關鍵詞：衝壓模具零件；失效分析；氧化腐（fǔ）蝕；軟氮化

DOI：10·1415 · cnki. 1001一3814．2016· 18· 069 中圖分類號：TG386；TG156 文獻標識碼：A 文（wén）章編（biān）號（hào）：1001 ·3814（2016）18·0255·03 Failure Analysis and Improvement Measures Of GCr15 Stamping Die Part

長周期內用（yòng）於衝壓加工（gōng）。然而該衝壓模（mó）具零（líng）件

收稿（gǎo）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（lǐ）乛預（yù）熱乛液體軟氮（dàn）化乛冷卻乛清洗。其中預熱溫度為350、380 ℃；軟氮化介質為TJ-2基鹽，鹽（yán）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部機械截取、 用（yòng）丙酮溶液超聲清洗8min後，采（cǎi）用JSM-6360LV 掃描（miáo）電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能譜儀對（duì）斷口進行（háng）形貌觀察及成分分析。采用DM-ILM光學顯微鏡（jìng）對斷口處金相組織及氮化層進行觀察，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取5個（gè）點，以平均值表征區域（yù）硬度，並根據GB仃（dīng） 11354·2005對氮（dàn）化層厚度及脆性進行評級。用氧化試驗對（duì）軟氮（dàn）化處理（lǐ）後模具零件的抗氧化（huà）能力進行（háng）評定，具（jù）體（tǐ）試驗方（fāng）法為：將稱好的試樣（yàng）放人（rén）裝（zhuāng）有電（diàn）阻片 中，並將器皿（mǐn）放人電阻爐（lú）中（zhōng）加熱到280 ℃保溫72h， 取（qǔ）出觀察試樣（yàng）的腐蝕情況，並稱重做好記錄，最（zuì）後（hòu）用掃描電子顯微鏡及能譜儀（yí）對腐蝕表麵進行（háng）觀（guān）察與分析

2試驗結果

2· 1失效分析

經常規熱處理（淬火+低溫回火）的GCr巧衝壓模具零件在使用過程（chéng）中很容易失效，失效麵形貌及（jí） EDS分析如圖（tú）2所示從圖（tú）2（a）中可以看出，衝（chōng）壓模具零件（jiàn）邊緣有輕微磨損（sǔn），邊角成了圓弧狀，且表麵存在較多黑色塊狀（zhuàng）的粘著物（wù），如箭頭所（suǒ）指處。采用 SEM仔細（xì）觀察發現，失效麵上（shàng）有明（míng）顯的切（qiē）削痕跡以及腐（fǔ）蝕坑，可見其使用效果較差。通過EDS分析可以看出，粘著物由O、Fe、Cr、Mn等（děng）元素組（zǔ）成，說明（míng）

加工料粉末（mò）（由Cuo、NiO MnO等（děng）組成）的鐵製器皿

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失效麵形貌及EDS分（fèn）析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為衝壓模具零（líng）件的金相組織（zhī）圖。從（cóng）圖中可以看出，該組織主要由回火馬氏體、碳（tàn）化物和少（shǎo）量殘餘奧氏體組（zǔ）成，這（zhè）與標準（zhǔn）的金相組織圖譜中組織一致。同時測得衝壓模具零件的顯微硬度值達到 674．I HV（表1) ,滿足GCr巧（qiǎo）鋼經淬火（huǒ）+低溫（wēn）回火後 的硬度要求，說明熱處理工藝正常。

綜（zōng）上所述，衝壓模具零件（jiàn）失效主（zhǔ）要與模具零件表麵發生氧化腐（fǔ）蝕有關，其主要與模具零件加工工況有（yǒu）關。該模具零件用於成型電阻片時，而電阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化物組成，在加工過

圖3試樣金（jīn）相組織圖 2·2軟氮化處（chù）理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的（de）顯（xiǎn）微（wēi）硬度（HV） 為了提高衝壓模具零件表（biǎo）麵的抗氧化能力，采用液體軟氮化（huà）對其表麵進行處理。圖4為氮化層與程中，模具（jù）零件（jiàn）周圍會產生大量的（de）熱量，導致（zhì）溫（wēn）度升高，此時（shí）模具零件表麵的Fe將與氧化物反應形成 Fe氧化物，而GCr巧鋼中（zhōng）又沒有足（zú）量Cr形成具有保（bǎo）護性（xìng）的氧化鉻膜來抑製Fe氧化物為主的（de）氧化膜形成。因此,GCr巧衝壓模具（jù）零件在長時間成型電阻時，將（jiāng）不斷發生氧化（huà）腐蝕，最終（zhōng）導致模具零件失效。

測量次數 平均值

1 2 3 4 5

685．6 675．7 667、5 669．1 672、7 674．1

基（jī）體組織圖。從圖4（a）中可以看出（chū），經液體軟氮化後，模具零件表麵（miàn）形成一層均勻的白亮層，厚度約 20 m；圖4（b）顯示軟氮化後模具零件基體（tǐ）中回火馬

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《熱加工工藝》2016年9月第45卷（juàn）第18期

a氮化層

50 m 50 m

圖從圖中可看出（chū），硬（yìng）度（dù）隨距氮化層邊緣的距離（lí）先降低（dī）後（hòu）趨於平（píng）穩，基（jī）體的顯微硬度（dù）約473 · 8HV根據（jù） GB/T11354·2005標準評判，滲氮層深度約170 m 發現基體的顯微硬度（dù）較淬火+低溫回火後模（mó）具零件的硬度有所降（jiàng）低（dī），這與氮（dàn）化過程中回火馬氏體減少有關。

圖4氮化（huà）層與基體組織圖（tú）

Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate

氏體減少，析出（chū）較多的粒狀碳化物，這是由於軟氮化溫度在560 ℃，相當於高溫回火，導（dǎo）致（zhì）回火馬氏體溶解形成粒狀碳化物（wù）。氮化層除了白（bái）亮層外，還包括擴散層，擴散層在光學顯微鏡下不易觀察，氮（dàn）化層深度（dù）需要采（cǎi）用硬度法確定。

圖5為顯微硬度與沿表麵垂直距離的變化曲線 2·3抗氧化腐蝕性能

表2為未處理樣品與軟氮化（huà）後樣品的（de）氧（yǎng）化腐蝕試驗結（jié）果從表中可以看出，未處理的模具零件在氧化72h後，樣品增重14，8m以m，而經軟氮化處理後，樣品僅增重1.3m cm2，說明軟氮化（huà）處理明顯改善（shàn）了模具零件（jiàn）的抗氧化腐蝕能力。

表2氧化（huà）腐（fǔ）蝕試驗結果

Tab.2 The results of oxidation corrosion test

樣品（pǐn） 未處理（lǐ） 軟氮化後

樣品增重（chóng）/(mg•cm3 14．8

0 50 100 150 200 250 300 350

沿表麵垂直距離/pm 處理（lǐ）能夠減緩模具零件在加工過程中（zhōng）的氧化腐蝕

圖5顯微硬度與沿（yán）表麵（miàn）垂直距離的變化曲線

Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗氧化（huà）腐蝕（shí）性（xìng）能的提高（gāo）與其（qí）表（biǎo）麵形成的氮

vertical distance along the surface 化層有關（guān），氮化層中8相具有較強的抗（kàng）氧化性和耐（nài）

圖6為未處理樣品與軟氮化後（hòu）樣品的氧化腐蝕形貌及EDS結果。由圖可知，未（wèi）處理的樣品（pǐn）表麵氧化腐蝕嚴重，腐蝕產物主要由O、Fe、Cr Mn等元素組成，與失效（xiào）樣品（pǐn）檢測（cè）結果（guǒ）一致。軟氮化處理後的樣品的表麵（miàn）僅（jǐn）發生輕微氧（yǎng）化腐蝕，進一步說明軟氮化

Ni

氮處理，一

2 m

5叫

t 巳

Si

Al Cr

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 E/keV E/keV

圖6樣品氧（yǎng）化腐蝕形貌及EDS結果

蝕性，能夠阻礙（ài）氧向基體傳遞，從而延緩了氧（yǎng）化腐蝕速度。 力大大增強（qiáng）

參考（kǎo）文獻：

3結論 卩] Kuldeep Agarwal，Rajiv Shlvpun, Justin Vincent，et al• DC

pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for

(1)用（yòng）於成型（xíng）電阻片的GCr巧鋼模具零件的失 Improved畝bolo Of gray cast Iron stamping dies卩]．Journal ofMatenals Processing Technology,2013，213：864·876，

效與其表（biǎo）麵發（fā）生氧化腐蝕有關（guān）。 [2] 陳向榮（róng）．精密多孔衝模熱處理工藝的研究（jiū）[J]．熱加工工（gōng）藝，

（2）模具零件經軟氮化處理後，可獲（huò）得均勻的 2012，41（16）：187．188，

氮化層，白亮（liàng）層厚度20 m，硬度測試顯示滲氮層深 卩（dān）] 郭曉紅．W18Cr4V衝孔冷衝模淬火工藝的改進[J]，熱加工工（gōng）

度約170 m 藝，2011，4002）：178· 179．

Fig.6 Oxidation corrosron morphologies Of the sample and EDS results

（3）軟氮化（huà）處（chù）理後的模具零（líng）件的抗氧（yǎng）化腐蝕能 [4] 液丁壓海，，2014衝壓，42模（4具）：零120件· 失124效．分析及壽命的提高措施[J]．機床與

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