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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

（銅陵市特種設備監督檢驗中心，安徽銅陵244000）

摘要：分析了GCr巧沖壓模具零件在成型電阻片過程中的失效原因，并采用軟氮化工藝對其表面進行了強化 采用金相顯微鏡（0M）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、顯微硬度計、氧化試驗等表征了失效特征、氮化層組織結構及性能等。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零件表面的氧化腐蝕，延長模具零件的使用壽命 關鍵詞：沖壓模具零件；失效分析；氧化腐蝕；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，中國制造業得到迅速發 在用于成型電阻片時，發現模具零件在使用過程中

展，模具零件產業也日益活躍沖壓模具零件加工 仍發生過早失效。本文對沖壓模具零件失效原因進

是屬于精加工技術，不僅能夠有效提高零件的加工 行分析，并采用軟氮化工藝對模具零件進行強化處

精度，也在一定程度上給制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，由于沖壓模具零件的工作條件惡劣，其使用壽命較短，在使用過程中經常發生失效行為，主 1試驗材料與方法

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

日益激烈，如何延長沖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、

在國內企業面前的技術難題 0·01S，余量Fe。某沖壓模具零件如圖1所示。加工工

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

好彈性極限和沖擊韌性的高碳鉻鋼，常用作精密沖 +低溫回火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20號機

溫回火對GCr15模具零件進行熱處理，且處理后的 油；回火溫度為200 ℃，保溫3h。

· ·

作者簡介：楊磊（1988一），男，安徽桐城人，助理工程師，主要從事材料失

效分析及檢測工作；電話：18105629755；

E．mall：18105629755@163 .com 圖1模具零件

Fig. 1 The die part

對淬火+低溫回火后的沖壓模具零件進行軟氮

模具零件具有較高的接觸疲勞強度和耐磨性，能夠在較長周期內用于沖壓加工。然而該沖壓模具零件

收稿日期：20巧0708

255

Hot Working Technology 2016，v0L45，No，18

化處理的工序為：前處理乛預熱乛液體軟氮化乛冷卻乛清洗。其中預熱溫度為350、380 ℃；軟氮化介質為TJ-2基鹽，鹽浴成分范圍：（1％、2巧％）CN一+ （30％、35％）CNO一；滲氮溫度為560 ℃，保溫2，5h

沖壓模具零件失效主要發生在頭部機械截取、 用丙酮溶液超聲清洗8min后，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觀察，并在 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個點，以平均值表征區域硬度，并根據GB仃 11354·2005對氮化層厚度及脆性進行評級。用氧化試驗對軟氮化處理后模具零件的抗氧化能力進行評定，具體試驗方法為：將稱好的試樣放人裝有電阻片 中，并將器皿放人電阻爐中加熱到280 ℃保溫72h， 取出觀察試樣的腐蝕情況，并稱重做好記錄，最后用掃描電子顯微鏡及能譜儀對腐蝕表面進行觀察與分析

2試驗結果

2· 1失效分析

經常規熱處理（淬火+低溫回火）的GCr巧沖壓模具零件在使用過程中很容易失效，失效面形貌及 EDS分析如圖2所示從圖2（a）中可以看出，沖壓模具零件邊緣有輕微磨損，邊角成了圓弧狀，且表面存在較多黑色塊狀的粘著物，如箭頭所指處。采用 SEM仔細觀察發現，失效面上有明顯的切削痕跡以及腐蝕坑，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等元素組成，說明

加工料粉末（由Cuo、NiO MnO等組成）的鐵制器皿

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失效面形貌及EDS分析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

圖3為沖壓模具零件的金相組織圖。從圖中可以看出，該組織主要由回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體組成，這與標準的金相組織圖譜中組織一致。同時測得沖壓模具零件的顯微硬度值達到 674．I HV（表1) ,滿足GCr巧鋼經淬火+低溫回火后 的硬度要求，說明熱處理工藝正常。

綜上所述，沖壓模具零件失效主要與模具零件表面發生氧化腐蝕有關，其主要與模具零件加工工況有關。該模具零件用于成型電阻片時，而電阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化物組成，在加工過

圖3試樣金相組織圖 2·2軟氮化處理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的顯微硬度（HV） 為了提高沖壓模具零件表面的抗氧化能力，采

Tab.1 Microhardness of the die part (HV) 用液體軟氮化對其表面進行處理