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轉發自：《熱加工工藝》2016年9月（yuè）第45卷第18期

作者：楊磊，夏（xià）明六（liù），徐先滿，陳由熹

（銅陵市特種設備監督檢驗中心，安徽銅（tóng）陵244000）

摘要：分析了GCr巧衝壓模（mó）具零件在成型電阻片過程中的失效原因，並（bìng）采用軟氮化工藝對其表麵進行了強化 采用金相顯（xiǎn）微鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、顯微硬度計、氧化（huà）試驗等表征了失效特征、氮（dàn）化層組織結構及（jí）性能等。結果表明，氧化腐（fǔ）蝕是（shì）導致模具零件過早失效的重要（yào）原因，軟氮（dàn）化處理可以有效減輕（qīng）模具零件表麵的氧化腐蝕，延長模具零件的使用壽命（mìng） 關鍵詞：衝壓模具零件；失效分（fèn）析；氧化腐蝕；軟氮化

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

YANG Lei，XIA Mingliu, XU Xianman, CHEN Youjia

(Special Equipment Superusion and Inspection Center Of Tongling, Tongling 24000，China)

Abstract：The failure reason Of GCr15 stampmg die part dunng the deformation Of electnc resistance chip was Investigated, and its surface was also strengthened by the tumridlng. Failure charactenstlcs, microstructure and properties Of the nitride layer were characterized by using the optical microscopy (0M) scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrdmeter (EDS), microhardness tester and oxidation test. The results show that oxidation corrosion is the reason Of the premature failure Of the die. The tumnding can alleviate the oxidation corrosion on the die part surface' and Improve its service life.

Key words：stamprng die part; failure analysis; oxidation CO仃osion，tumnding

在經濟全球化環境下，中國製造業（yè）得到（dào）迅速發 在用於成（chéng）型電阻片時（shí），發（fā）現模具零件在使用（yòng）過程中

展，模具零（líng）件產業也日益活躍衝壓模具（jù）零件加工 仍發生過早失效。本文（wén）對衝壓（yā）模具零件失效原（yuán）因進

是屬於精加工（gōng）技術，不僅能夠有效提高零件的加工（gōng） 行分析，並采用軟氮化工藝對模具零件進行強化處

精度，也在一定（dìng）程度上給製造業帶來良好的經濟收 理，以提高模具零件的使用壽命

益。然而，由於衝壓模（mó）具零件的工作條件惡劣，其使用（yòng）壽命較短，在使用過程中經常發生失效行為，主 1試驗材料與方法

要表現有（yǒu）磨損、腐蝕、疲勞斷裂等[4]。隨著市場競爭 試驗材料為（wéi）GCr15鋼，其主要化學成分（質量

日益激烈，如何延長衝壓模具零件的使用壽命是擺 分數，％）為：0，95C、1.3Cr、0·40Mn、0，15Si、0·01P、

在國內（nèi）企業麵前的技術難（nán）題 0·01S，餘量Fe。某衝壓模具零件如（rú）圖1所示。加工工（gōng）

GCr15鋼是一種擁有較（jiào）強抗塑性變形能力、良 藝流程為：下料乛鍛造乛球化退火乛粗加工乛淬火

好彈性極限和衝擊韌性的高碳鉻鋼，常用（yòng）作（zuò）精密衝 +低溫回火（huǒ）乛精加工乛特種加工乛研磨拋光。其淬

壓模具零件等。目前，工業（yè）生產中常采用淬火和低 火工藝溫度為800 ℃，淬火介質為10號或（huò）20號機

溫回火對GCr15模具零件進行熱處理，且處理後的 油（yóu）；回火溫度為200 ℃，保溫3h。

· ·

作者簡介（jiè）：楊磊（1988一），男，安徽桐城人，助理工（gōng）程（chéng）師，主要從事材料失

效（xiào）分析及檢測工作；電話：18105629755；

E．mall：18105629755@163 .com 圖（tú）1模具零件

Fig. 1 The die part

對淬火+低溫回火後的衝壓模具零件進行軟氮

模具零件具有較高（gāo）的接觸疲（pí）勞強度和耐磨性，能夠在較長周期內用於衝壓加工。然而該衝壓模（mó）具零件

收稿日期：20巧0708

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Hot Working Technology 2016，v0L45，No，18

化處理的工序為：前處理乛預（yù）熱乛液體軟氮化（huà）乛冷卻乛清洗（xǐ）。其中預熱溫度為350、380 ℃；軟氮化介質為TJ-2基鹽，鹽浴成分範圍：（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、 用丙酮（tóng）溶液超聲清洗8min後，采用JSM-6360LV 掃描電鏡及配套的GENESIS2000XMS60能譜儀對斷口進行形貌觀察及成分分析。采用DM-ILM光學顯微鏡對斷口處金相組織及氮化層進行（háng）觀察，並在 FM·700顯微硬度計進行顯微硬度測試，測（cè）試載荷選用2．94N，加載保溫（wēn）時間巧s，每組試樣在測試區域選取5個點，以平均值表征區（qū）域硬（yìng）度（dù），並根據GB仃 11354·2005對氮化層（céng）厚度及脆性進行評級。用氧化試驗對軟氮化處理後模具零件的抗氧化能力進行評定，具體試驗方法為：將稱好的試（shì）樣放（fàng）人裝（zhuāng）有（yǒu）電阻片 中（zhōng），並（bìng）將器（qì）皿放人電阻爐中加熱到280 ℃保（bǎo）溫72h， 取出觀察試樣的腐蝕情況，並稱（chēng）重做好記錄，最後用掃描電子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表麵進行觀察與分析

2試驗結果

2· 1失效分析

經常規熱處理（淬火+低溫回（huí）火）的GCr巧衝壓模具零件在（zài）使用過程中很容易失效，失效麵形貌及 EDS分析如圖2所示從圖2（a）中可以看出，衝壓模具零件（jiàn）邊緣有輕微（wēi）磨損，邊（biān）角（jiǎo）成了圓弧狀，且（qiě）表（biǎo）麵（miàn）存在較多黑色塊狀的粘著物，如箭頭所指處。采（cǎi）用 SEM仔細（xì）觀察發現，失效（xiào）麵上有明顯的（de）切削（xuē）痕跡以及腐蝕坑，可（kě）見其（qí）使用效果較（jiào）差。通過（guò）EDS分析可以看（kàn）出，粘（zhān）著物由O、Fe、Cr、Mn等元素組成，說（shuō）明

加工料粉末（由Cuo、NiO MnO等組成）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分析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為（wéi）衝壓（yā）模具零件的金相（xiàng）組織圖（tú）。從圖中可（kě）以看出，該組織主要（yào）由回（huí）火馬氏體、碳化物和少量殘（cán）餘奧氏體組成，這（zhè）與標準的金相組織圖譜中組織一致。同時（shí）測得（dé）衝壓模具零件的顯微（wēi）硬（yìng）度值達到 674．I HV（表1) ,滿足GCr巧鋼經淬（cuì）火+低溫回火後 的硬度要求，說明熱處（chù）理工藝正（zhèng）常。

綜上所述，衝壓模具零件失效主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（gōng）況有關。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（chéng），在加工過（guò）

圖3試樣金相組（zǔ）織圖 2·2軟氮化處（chù）理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的顯微硬（yìng）度（HV） 為了提高衝壓模具零件表麵的抗氧化能力，采

Tab.1 Microhardness of the die part (HV) 用液體軟氮化對其表麵（miàn）進行（háng）處理