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轉發自：《熱加工工藝》2016年9月（yuè）第45卷第18期失效分折

作者（zhě）：楊磊（lěi），夏明六，徐先滿，陳由（yóu）熹

（銅陵市特種設備監督檢驗中心，安徽（huī）銅陵244000）

摘要：分析了GCr巧衝壓模具零件（jiàn）在成型電（diàn）阻片過程中的失效原因，並采用軟氮化工藝對其表麵進行了強化 采用（yòng）金相（xiàng）顯微鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能（néng）譜（pǔ）儀（EDS）、顯微硬度計、氧化試驗等表征（zhēng）了失效特征、氮化層組織結構及性能等。結果表明，氧（yǎng）化腐蝕是導致模具零件過早失效的重要原因，軟氮（dàn）化處理（lǐ）可以有效減輕（qīng）模具零件表麵的氧化腐蝕，延（yán）長模具零件的使用（yòng）壽（shòu）命 關鍵詞：衝壓（yā）模（mó）具零件（jiàn）；失效分析；氧化（huà）腐蝕；軟氮化

2試（shì）驗結果（guǒ）

2· 1失效分析

經常規熱（rè）處理（淬火+低（dī）溫（wēn）回火）的GCr巧衝（chōng）壓模具零件（jiàn）在使用過程中很容易失效（xiào），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（sǔn），邊角成了圓弧狀，且表麵存在較（jiào）多黑色（sè）塊狀的粘著物，如箭頭所指處。采用 SEM仔細觀察發（fā）現，失效麵上有明顯（xiǎn）的切削痕跡以及腐（fǔ）蝕坑，可見其使用效果較（jiào）差。通過EDS分析可以看出，粘著物（wù）由O、Fe、Cr、Mn等元素組成，說明

加工料粉末（mò）（由Cuo、NiO MnO等組成）的鐵（tiě）製（zhì）器（qì）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（xī）

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為衝壓模具零件（jiàn）的金相組織圖。從圖中可（kě）以看出，該組織主要由回火馬氏體、碳（tàn）化物和少量殘餘奧氏體組成，這與（yǔ）標準的金相組織圖譜中組織一（yī）致。同時測得衝壓模（mó）具零件（jiàn）的顯（xiǎn）微硬度值達到 674．I HV（表1) ,滿（mǎn）足GCr巧鋼經淬火+低溫回火後 的硬度要求，說明熱處理工藝正常。

綜上所述，衝壓模具零件（jiàn）失效主要與（yǔ）模具零件表麵發生氧化（huà）腐（fǔ）蝕有關，其主要與模具（jù）零件加工工況有關。該模具零（líng）件用於成型電阻（zǔ）片時，而電阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化（huà）物組成，在加工過

圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮化（huà）處理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具（jù）零件的顯微硬度（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（dàn）化對其表麵進行處理。圖4為氮化層與

程中（zhōng），模具零件周圍會產生（shēng）大量的熱量，導致溫（wēn）度升高，此時模具零件表麵的Fe將與氧化物反應形成 Fe氧化（huà）物，而GCr巧鋼中又（yòu）沒有足量Cr形成具（jù）有保護性的氧化（huà）鉻膜來（lái）抑製（zhì）Fe氧化物為主的氧化膜形成。因（yīn）此,GCr巧（qiǎo）衝壓模具零件在長時間成型電阻時，將不斷發生（shēng）氧化腐蝕（shí），最終導致模具零件失效（xiào）。

測量次數 平均值

1 2 3 4 5

685．6 675．7 667、5 669．1 672、7 674．1

基體組織圖。從圖4（a）中可以看出，經液體軟氮化後，模（mó）具零（líng）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（jiàn）基體中回火馬

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《熱加（jiā）工工藝》2016年9月第（dì）45卷第18期

a氮化層

50 m 50 m

圖從圖中可看出，硬度隨距氮化層（céng）邊緣的距離先降低後趨於平穩，基體（tǐ）的顯微（wēi）硬度約473 · 8HV根據 GB/T11354·2005標準評判，滲氮（dàn）層深度約170 m 發現基體的顯微硬度較淬火+低溫回火後模（mó）具（jù）零件的硬度有所降低，這與氮化過程中回火馬（mǎ）氏體減（jiǎn）少有關（guān）。

圖4氮化層與基體組織圖

Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate

氏體減（jiǎn）少，析（xī）出較多的粒狀碳化物，這是由於（yú）軟氮化溫度在560 ℃，相當於高溫回火，導致回火馬（mǎ）氏體溶解形成粒狀碳化物。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（jìng）下不易觀察，氮化層深度需要采用硬度法確定。

圖5為顯微（wēi）硬度（dù）與沿表麵垂直距離的變化曲線 2·3抗氧（yǎng）化腐蝕性能（néng）

表2為未處理樣品與軟（ruǎn）氮（dàn）化後樣品的（de）氧化腐蝕（shí）試驗結果從表中可以看出，未處理的模具零件在氧化72h後（hòu），樣品增重14，8m以m，而經軟（ruǎn）氮化處理後，樣（yàng）品僅增重1.3m cm2，說（shuō）明軟氮化處理明顯改善了模具零件的抗氧化（huà）腐蝕（shí）能力。

表2氧化腐蝕試驗結（jié）果（guǒ）

Tab.2 The results of oxidation corrosion test

樣品 未處理 軟氮化後

樣品增重/(mg•cm3 14．8

0 50 100 150 200 250 300 350

沿表麵垂（chuí）直距離/pm 處理能夠減緩模具零件在加工過程中的氧（yǎng）化腐（fǔ）蝕

圖5顯（xiǎn）微硬度與沿表麵垂直（zhí）距離的變化曲線

Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗（kàng）氧化腐（fǔ）蝕性能的提高與其（qí）表麵形成的氮

vertical distance along the surface 化層有關，氮化層中8相具有較強的抗氧化性和耐

圖6為未處理樣品與軟氮化後樣品的氧（yǎng）化腐蝕形貌及EDS結果（guǒ）。由圖可（kě）知，未處理的樣品表（biǎo）麵氧化腐蝕嚴（yán）重，腐蝕產（chǎn）物主（zhǔ）要由O、Fe、Cr Mn等元素組成，與失效樣品檢測結（jié）果一致。軟氮化處理後的樣品（pǐn）的表麵僅發生輕微氧化腐（fǔ）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（tú）6樣品氧化腐蝕形貌及（jí）EDS結果

蝕性，能夠阻礙氧向基體傳遞，從而延緩了氧化腐蝕速度。 力大大增（zēng）強

參考文獻：

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

pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for

(1)用於成型電阻片的（de）GCr巧（qiǎo）鋼模具（jù）零件的失 Improved畝bolo Of gray cast Iron stamping dies卩]．Journal ofMatenals Processing Technology,2013，213：864·876，

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氮化層，白亮層厚度20 m，硬（yìng）度測試顯示滲氮層深 卩] 郭曉紅．W18Cr4V衝孔冷衝模淬火工藝的（de）改（gǎi）進（jìn）[J]，熱加工工

度約170 m 藝，2011，4002）：178· 179．

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

（3）軟氮化處理後的模具零件的抗氧化腐蝕能 [4] 液丁壓海，，2014衝壓，42模（4具）：零120件· 失124效．分析（xī）及壽命的提高措（cuò）施[J]．機床與

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