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熱作模具涵蓋了熱鍛模、熱沖裁模、熱擠壓模及壓鑄模等多種類型。這些模具在工作過程中需承受巨大的沖擊載荷、強烈的摩擦,以及因劇烈冷熱循環(huán)引發(fā)的熱應(yīng)力和高溫氧化等嚴(yán)苛條件,從而可能出現(xiàn)多種失效形式,包括變形及塌陷、斷裂、熱疲勞、熱磨損以及腐蝕。
變形與塌陷是由于模具在高溫下與毛坯長時間接觸,導(dǎo)致模具表面發(fā)生過度回火軟化,強度降低,進而產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)鋼鐵材料制成的模具表面硬度低于30HRC時,尤其容易發(fā)生此類失效,特別是在工作載荷大、溫度高的熱擠壓模和熱鍛模的凸起部位。
斷裂是模具在承載能力不足以抵抗工作載荷時發(fā)生的材料開裂現(xiàn)象,包括脆性、韌性、疲勞和腐蝕斷裂。早期斷裂的原因可能涉及鍛壓操作不當(dāng)導(dǎo)致的過載、模具加工質(zhì)量不佳、設(shè)計不合理、選材不當(dāng)以及熱處理不當(dāng)?shù)取釘D壓沖頭、熱錘鍛模的燕尾部和凸起部位、根部等區(qū)域易受影響。疲勞斷裂則是在高循環(huán)應(yīng)力下,模具型腔表面產(chǎn)生并擴展的疲勞裂紋,最終導(dǎo)致斷裂失效。
熱疲勞,也稱為冷熱疲勞或龜裂,是由模具型腔表面溫差大、急冷急熱導(dǎo)致的熱應(yīng)力變化,加上機械載荷作用,使得壓鑄模、熱鍛模等模具表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋。這些裂紋通常較淺,但在機械應(yīng)力作用下會向內(nèi)部擴展,最終導(dǎo)致斷裂失效。
熱磨損是模具在機械載荷與熱載荷共同作用下,型腔表面發(fā)生的復(fù)雜磨損過程,以表面疲勞磨損為主,可能伴隨黏著磨損和磨料磨損。磨損表面的特征包括刮傷、溝槽、麻點和剝落等,特別是在相對運動劇烈和有凸起部位的模具,如熱擠壓沖頭。
腐蝕是熱作模具特有的損壞形式,包括沖蝕、熔蝕和侵蝕等。壓鑄模在工作時,熔融金屬注入型腔會沖刷模具表面,產(chǎn)生沖蝕現(xiàn)象,這是高溫下模具受液體金屬物理和化學(xué)作用的結(jié)果。熱鍛模的腐蝕通常發(fā)生在型腔內(nèi)的局部區(qū)域,而壓鑄模比熱鍛模更易受到?jīng)_蝕影響,導(dǎo)致早期失效。