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转发自：《热加工工艺》2016年9月第45卷第18期

作者：杨磊，夏明六，徐先满，陈由熹

（铜陵市特种设备监督检验中心，安徽铜陵244000）

摘要：分析了GCr巧冲压模具零件在成型电阻片过程中的失效原因，并采用软氮化工艺对其表面进行了强化 采用金相显微镜（0M）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、氧化试验等表征了失效特征、氮化层组织结构及性能等。结果表明，氧化腐蚀是导致模具零件过早失效的重要原因，软氮化处理可以有效减轻模具零件表面的氧化腐蚀，延长模具零件的使用寿命 关键词：冲压模具零件；失效分析；氧化腐蚀；软氮化

DOI：10·1415 · cnki. 1001一3814．2016· 18· 069 中图分类号：TG386；TG156 文献标识码：A 文章编号：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

在经济全球化环境下，中国制造业得到迅速发 在用于成型电阻片时，发现模具零件在使用过程中

展，模具零件产业也日益活跃冲压模具零件加工 仍发生过早失效。本文对冲压模具零件失效原因进

是属于精加工技术，不仅能够有效提高零件的加工 行分析，并采用软氮化工艺对模具零件进行强化处

精度，也在一定程度上给制造业带来良好的经济收 理，以提高模具零件的使用寿命

益。然而，由于冲压模具零件的工作条件恶劣，其使用寿命较短，在使用过程中经常发生失效行为，主 1试验材料与方法

要表现有磨损、腐蚀、疲劳断裂等[4]。随着市场竞争 试验材料为GCr15钢，其主要化学成分（质量

日益激烈，如何延长冲压模具零件的使用寿命是摆 分数，％）为：0，95C、1.3Cr、0·40Mn、0，15Si、0·01P、

在国内企业面前的技术难题 0·01S，余量Fe。某冲压模具零件如图1所示。加工工

GCr15钢是一种拥有较强抗塑性变形能力、良 艺流程为：下料乛锻造乛球化退火乛粗加工乛淬火

好弹性极限和冲击韧性的高碳铬钢，常用作精密冲 +低温回火乛精加工乛特种加工乛研磨抛光。其淬

压模具零件等。目前，工业生产中常采用淬火和低 火工艺温度为800 ℃，淬火介质为10号或20号机

温回火对GCr15模具零件进行热处理，且处理后的 油；回火温度为200 ℃，保温3h。

· ·

作者简介：杨磊（1988一），男，安徽桐城人，助理工程师，主要从事材料失

效分析及检测工作；电话：18105629755；

E．mall：18105629755@163 .com 图1模具零件

Fig. 1 The die part

对淬火+低温回火后的冲压模具零件进行软氮

模具零件具有较高的接触疲劳强度和耐磨性，能够在较长周期内用于冲压加工。然而该冲压模具零件

收稿日期：20巧0708

255

Hot Working Technology 2016，v0L45，No，18

化处理的工序为：前处理乛预热乛液体软氮化乛冷却乛清洗。其中预热温度为350、380 ℃；软氮化介质为TJ-2基盐，盐浴成分范围：（1％、2巧％）CN一+ （30％、35％）CNO一；渗氮温度为560 ℃，保温2，5h

冲压模具零件失效主要发生在头部机械截取、 用丙酮溶液超声清洗8min后，采用JSM-6360LV 扫描电镜及配套的GENESIS2000XMS60能谱仪对断口进行形貌观察及成分分析。采用DM-ILM光学显微镜对断口处金相组织及氮化层进行观察，并在 FM·700显微硬度计进行显微硬度测试，测试载荷选用2．94N，加载保温时间巧s，每组试样在测试区域选取5个点，以平均值表征区域硬度，并根据GB仃 11354·2005对氮化层厚度及脆性进行评级。用氧化试验对软氮化处理后模具零件的抗氧化能力进行评定，具体试验方法为：将称好的试样放人装有电阻片 中，并将器皿放人电阻炉中加热到280 ℃保温72h， 取出观察试样的腐蚀情况，并称重做好记录，最后用扫描电子显微镜及能谱仪对腐蚀表面进行观察与分析

2试验结果

2· 1失效分析

经常规热处理（淬火+低温回火）的GCr巧冲压模具零件在使用过程中很容易失效，失效面形貌及 EDS分析如图2所示从图2（a）中可以看出，冲压模具零件边缘有轻微磨损，边角成了圆弧状，且表面存在较多黑色块状的粘着物，如箭头所指处。采用 SEM仔细观察发现，失效面上有明显的切削痕迹以及腐蚀坑，可见其使用效果较差。通过EDS分析可以看出，粘着物由O、Fe、Cr、Mn等元素组成，说明

加工料粉末（由Cuo、NiO MnO等组成）的铁制器皿

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E/keV E/ kev

图2失效面形貌及EDS分析

Fig.2 Failure surface morphologies and EDS analysis

图3为冲压模具零件的金相组织图。从图中可以看出，该组织主要由回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体组成，这与标准的金相组织图谱中组织一致。同时测得冲压模具零件的显微硬度值达到 674．I HV（表1) ,满足GCr巧钢经淬火+低温回火后 的硬度要求，说明热处理工艺正常。

综上所述，冲压模具零件失效主要与模具零件表面发生氧化腐蚀有关，其主要与模具零件加工工况有关。该模具零件用于成型电阻片时，而电阻片加工粉末由Cuo、NiO MnO等氧化物组成，在加工过

图3试样金相组织图 2·2软氮化处理

Fig.3 Microstructure Of the sample

表1模具零件的显微硬度（HV） 为了提高冲压模具零件表面的抗氧化能力，采

Tab.1 Microhardness of the die part (HV) 用液体软氮化对其表面进行处理