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转发自：《热加工工艺》2016年9月第45卷第18期

．失效分折．

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

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

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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。图4为氮化层与

程中，模具零件周围会产生大量的热量，导致温度升高，此时模具零件表面的Fe将与氧化物反应形成 Fe氧化物，而GCr巧钢中又没有足量Cr形成具有保护性的氧化铬膜来抑制Fe氧化物为主的氧化膜形成。因此,GCr巧冲压模具零件在长时间成型电阻时，将不断发生氧化腐蚀，最终导致模具零件失效。

测量次数 平均值

1 2 3 4 5

685．6 675．7 667、5 669．1 672、7 674．1

基体组织图。从图4（a）中可以看出，经液体软氮化后，模具零件表面形成一层均匀的白亮层，厚度约 20 m；图4（b）显示软氮化后模具零件基体中回火马

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《热加工工艺》2016年9月第45卷第18期

a氮化层

50 m 50 m

图从图中可看出，硬度随距氮化层边缘的距离先降低后趋于平稳，基体的显微硬度约473 · 8HV根据 GB/T11354·2005标准评判，渗氮层深度约170 m 发现基体的显微硬度较淬火+低温回火后模具零件的硬度有所降低，这与氮化过程中回火马氏体减少有关。

图4氮化层与基体组织图

Fig.4 Microstructure Of the nitndmg layer and substrate

氏体减少，析出较多的粒状碳化物，这是由于软氮化温度在560 ℃，相当于高温回火，导致回火马氏体溶解形成粒状碳化物。氮化层除了白亮层外，还包括扩散层，扩散层在光学显微镜下不易观察，氮化层深度需要采用硬度法确定。

图5为显微硬度与沿表面垂直距离的变化曲线 2·3抗氧化腐蚀性能

表2为未处理样品与软氮化后样品的氧化腐蚀试验结果从表中可以看出，未处理的模具零件在氧化72h后，样品增重14，8m以m，而经软氮化处理后，样品仅增重1.3m cm2，说明软氮化处理明显改善了模具零件的抗氧化腐蚀能力。

表2氧化腐蚀试验结果

Tab.2 The results of oxidation corrosion test

样品 未处理 软氮化后

样品增重/(mg•cm3 14．8

0 50 100 150 200 250 300 350

沿表面垂直距离/pm 处理能够减缓模具零件在加工过程中的氧化腐蚀

图5显微硬度与沿表面垂直距离的变化曲线

Fig.5 The change curve between microhardness and 模具零件抗氧化腐蚀性能的提高与其表面形成的氮

vertical distance along the surface 化层有关，氮化层中8相具有较强的抗氧化性和耐

图6为未处理样品与软氮化后样品的氧化腐蚀形貌及EDS结果。由图可知，未处理的样品表面氧化腐蚀严重，腐蚀产物主要由O、Fe、Cr Mn等元素组成，与失效样品检测结果一致。软氮化处理后的样品的表面仅发生轻微氧化腐蚀，进一步说明软氮化

Ni

氮处理，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

图6样品氧化腐蚀形貌及EDS结果

蚀性，能够阻碍氧向基体传递，从而延缓了氧化腐蚀速度。 力大大增强

参考文献：

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

pulsed plasma deposition Of nanocomposite coatings for

(1)用于成型电阻片的GCr巧钢模具零件的失 Improved亩bolo Of gray cast Iron stamping dies卩]．Journal ofMatenals Processing Technology,2013，213：864·876，

效与其表面发生氧化腐蚀有关。 [2] 陈向荣．精密多孔冲模热处理工艺的研究[J]．热加工工艺，

（2）模具零件经软氮化处理后，可获得均匀的 2012，41（16）：187．188，

氮化层，白亮层厚度20 m，硬度测试显示渗氮层深 卩] 郭晓红．W18Cr4V冲孔冷冲模淬火工艺的改进[J]，热加工工

度约170 m 艺，2011，4002）：178· 179．

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

（3）软氮化处理后的模具零件的抗氧化腐蚀能 [4] 液丁压海，，2014冲压，42模（4具）：零120件· 失124效．分析及寿命的提高措施[J]．机床与

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