模具的失效及使用寿命

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模具的失,效,效及使用,寿,寿命,1,第二章,模,模具寿命,及,及其对工,业,业生产的,影,影响,模具失效,的,的基本概,念,念,模具服役,：,：模具安装,调,调试好后,，,，正常生,产,产合格产,品,品的过程,。,。,模具损伤,：,：模具在使,用,用过程中,，,，出现尺,寸,寸变化或,微,微裂纹，,但,但没有立,即,即丧失服,役,役能力的,状,状态。,2,模具寿命,及,及其对工,业,业生产的,影,影响,模具失效,的,的基本概,念,念,3 模具,失,失效,模具失效,：,：模具受到,损,损坏，不,能,能通过修,复,复而继续,服,服役。,模具的失,效,效分为非正常失,效,效和正常失效。,非正常失,效,效(早期,失,失效)是指模具,未,未达到一,定,定的工业,水,水平下公,认,认的寿命,时,时就不能,服,服役。早,期,期失效的,形,形式有塑,性,性变形、,断,断裂、局,部,部严重磨,损,损等。,正常失效是指模具,经,经大批量,生,生产使用,，,，因缓慢,塑,塑性变形,或,或较均匀,地,地磨损或,疲,疲劳断裂,而,而不能继,续,续服役。,3,模具失效,形,形式及机,理,理,模具因类,型,型不同、,生,生产的产,品,品不同，,失,失效的形,式,式也不同,。,。如：锻,模,模失效主,要,要因为尺,寸,寸不符合,要,要求或锻,模,模破裂；,塑,塑料模具,常,常常因表,面,面光洁度,不,不够而失,效,效。,综合来讲,，,，模具失效,形,形式主要,有,有三类：磨损、断,裂,裂、塑性,变,变形。,4,模具失效,形,形式及机,理,理,第一节,磨,磨损失,效,效,磨损的概,念,念：由于表面,的,的相对运,动,动，从接,触,触表面逐,渐,渐失去物,质,质的现象,称,称为磨损,。,。,模具的磨,损,损：坯料与模,具,具之间接,触,触，成型,过,过程中产,生,生相对运,动,动，造成,磨,磨损。,磨损的结,果,果,:(1),模具尺寸,发,发生变化,；(2),模,模,具表面状,态,态发生变,化,化，如粗,糙,糙度增加,、,、产生划,痕,痕等。,5,一、磨损,分,分类,根据模具,的,的成形坯,料,料、使用,状,状况，其,磨,磨损机理,可,可以分为,：,：磨粒磨损,、,、粘着磨,损,损、疲劳,磨,磨损、气,蚀,蚀和冲蚀,磨,磨损、腐,蚀,蚀磨损。,模具失效,形,形式及机,理,理,6,二、磨粒,磨,磨损,磨粒磨损,的,的定义:在工件和,模,模具接触,表,表面之间,存,存在外来,硬,硬质颗粒,或,或者工件,表,表面的硬,突,突出物，,刮,刮擦模具,表,表面，引,起,起模具表,面,面材料脱,落,落的现象,叫,叫磨粒磨,损,损。,第三章,模具失效,形,形式及机,理,理,主要特征,是,是模具表,面,面有明显,的,的划痕或,犁,犁沟，磨,损,损物为条,状,状或切屑,状,状。,7,二、磨粒,磨,磨损,(一),磨,磨粒磨损,的,的机理（图3-1、图3-2）,模具失效,形,形式及机,理,理,磨料磨损,时,时，作用,在,在质点上,的,的力分为垂直分力和水平分力。,垂直分力使硬质点,压,压入材料,表,表面；,水平分力使硬质点,与,与表面之,间,间产生相,对,对位移，,硬,硬质点与,材,材料相互,作,作用的结,果,果，使被,磨,磨损表面,产,产生犁皱,或,或切屑，,形,形成磨损,或,或在表面,留,留下沟槽,。,。,8,二、磨粒,磨,磨损,(一),磨,磨粒磨损,的,的机理,（图3-1、图3-2）,模具失效,形,形式及机,理,理,9,二、磨粒,磨,磨损,(二),影,影响磨粒,磨,磨损的因,素,素,磨粒大小,与,与形状,磨粒硬度,和,和模具材,料,料硬度,模具与工,件,件表面压,力,力,磨粒尺寸,与,与工件厚,度,度的相对,比,比值,模具失效,形,形式及机,理,理,10,二、磨粒,磨,磨损,(三),提,提高耐磨,粒,粒磨损的,措,措施,提高模具,材,材料的硬,度,度,进行表面,耐,耐磨处理,采用防护,措,措施,模具失效,形,形式及机,理,理,11,三、粘着,磨,磨损,粘着磨损,的,的定义：工件与模,具,具表面相,对,对运动时,，,，由于表,面,面凹凸不,平,平，粘着,的,的结点发,生,生剪切断,裂,裂，使模,具,具表面的,材,材料转移,到,到工件上,或,或脱落的,现,现象。,模具失效,形,形式及机,理,理,要特征是,磨,磨损产物,多,多为片状,或,或小颗粒,。,。,12,(一)粘,着,着磨损的,机,机理,模具与工,件,件表面的,实,实际接触,面,面积只有,名,名义上的0.01-0.1%，只,有,有少数微,观,观凸起处,接,接触，压,力,力很大，,引,引起塑性,变,变形，加,上,上表面因,摩,摩擦而温,度,度升高，,局,局部金属,软,软化或熔,化,化，使表,层,层的氧化,膜,膜破裂，,使,使新鲜材,料,料暴露，,造,造成工件,与,与模具材,料,料纯金属,接,接触，分,子,子间互相,吸,吸引、渗,透,透、粘着,，,，使这些,突,突起处联,接,接起来。,随,随着相对,运,运动的进,行,行和接触,部,部分的温,度,度急剧下,降,降，突起,处,处相当于,进,进行了一,次,次局部淬,火,火，使粘,着,着部分材,料,料强度增,加,加，形成,淬,淬火裂纹,，,，最后造,成,成撕裂和,剥,剥落。图3-5为,粘,粘着磨损,过,过程。,模具失效,形,形式及机,理,理,13,（二）粘,着,着磨损的,分,分类,根据磨损,程,程度，分,为,为：轻微,粘,粘着磨损,（,（,氧化磨损）,和严重粘,着,着磨损（涂抹、擦,伤,伤、胶合）。图3-6。,模具失效,形,形式及机,理,理,轻,微,微,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,（,（,氧,氧,化,化,磨,磨,损,损,）,）：,粘,粘,结,结,点,点,强,强,度,度低,于,于模,具,具,和,和,工,工,件,件,的,的,强,强,度,度,时,时,发,发,生,生,。,。,接,点,点,的,的,剪,剪,切,切,损,损,坏,坏,基,基,本,本,上,上,发,发,生,生,在,在,粘,粘,着,着,面,面,上,上,，,，,表,表,面,面,材,材,料,料,的,的,转,转,移,移,十,十,分,分,轻,轻,微,微,。,。,14,（二）粘着,磨,磨损的分类,模具失效形,式,式及机理,涂抹：粘结点强度介于模具和工件,的,的强度之间,时,时发生。,接点的剪切,损,损坏发生在,离,离粘着面不,远,远的较软金,属,属的浅层内,，,，使较软金,属,属粘附并涂,抹,抹在较硬金,属,属表面上。,15,（二）粘着,磨,磨损的分类,模具失效形,式,式及机理,擦伤：粘结点强度高于模具和工件,的,的强度时发,生,生。,接点剪切损,坏,坏主要发生,在,在较软金属,的,的浅层内，,有,有时硬金属,表,表面也有擦,痕,痕。转移到,硬,硬表面上的,粘,粘结物又擦,削,削较软表面,。,。如铜与钢,摩,摩擦时，剪,切,切大多发生,在,在铜表层内,，,，但钢表面,也,也残留少量,的,的小坑；,16,（二）粘着,磨,磨损的分类,模具失效形,式,式及机理,胶合（,咬死）,：粘结点强度远远高于模具和工件,的,的强度时发,生,生。,摩擦副之间,粘,粘着面积较,大,大，不能作,相,相对运动,称咬死。剪,切,切发生在模,具,具或工件较,深,深的地方。,17,模具失效形,式,式及机理,载荷对碳钢,表,表面磨损量,的,的影响,（三）影响,粘,粘着磨损的,因,因素,表面压力,T1（,接触压应力,小,小于材料硬,度,度的1/3,），磨损主,要,要是通过氧,化,化碎屑的脱,落,落而产生的,，,，属于轻微,氧,氧化磨损区,；,；,T1与T2,之,之间为严重,磨,磨损区，磨,屑,屑尺寸增大,，,，加厚，且,多,多为金属屑,；,；,当载荷继续,增,增大超过T2后，表面,内,内摩擦增大,而,而温度很高,，,，可能发生,相,相变，并形,成,成白层，形,成,成不易破碎,的,的氧化膜，,因,因而耐磨。,18,（三）影响,粘,粘着磨损的,因,因素, 材料性,质,质,脆性材料比,塑,塑性材料粘,着,着倾向小。,塑性材料形,成,成的粘着结,点,点的破坏以,塑,塑性流动为,主,主，它发生,在,在离表面一,定,定的深度处,，,，磨屑较大,。,。而脆性材,料,料粘结点的,破,破坏主要是,剥,剥落，损伤,深,深度较浅，,同,同时磨屑容,易,易脱落，不,堆,堆积在表面,上,上。,密排六方结,构,构的金属材,料,料粘着倾向,小,小，面心立,方,方点阵的金,属,属粘着倾向,明,明显大于其,他,他点阵的金,属,属；,多相的金属,比,比单相的金,属,属粘着倾向,小,小；,互溶性大的,材,材料(包括,相,相同金属或,相,相同晶格类,型,型的金属),所,所组成的摩,擦,擦副粘着倾,向,向大；互溶,性,性小的材料(异种金属,或,或晶格结构,不,不相近的金,属,属)组成的,摩,摩擦副粘着,倾,倾向小。,模具失效形,式,式及机理,19,（三）影响,粘,粘着磨损的,因,因素, 材料硬,度,度,模具材料硬,度,度越大，磨,损,损越小；反,之,之，磨损越,大,大。,模具失效形,式,式及机理,20,(四) 提,高,高耐粘着磨,损,损性能的措,施,施, 合理选,用,用模具材料,选与,工,工件,互,互溶,性,性小,的,的材,料,料，,减,减小,亲,亲合,力,力，,降,降低,粘,粘结,的,的可,能,能性,。,。,合,合理,选,选用,润,润滑,剂,剂和,添,添加,剂,剂,润滑,油,油膜,一,一方,面,面可,防,防止,金,金属,表,表面,直,直接,接,接触,，,，另,一,一方,面,面可,减,减小,摩,摩擦,，,，成,倍,倍提,高,高抗,粘,粘着,磨,磨损,的,的能,力,力。, 采,用,用表面,处,处理,通过表,面,面化学,热,热处理,，,，如渗,硫,硫、硫,氮,氮共渗,、,、磷化,、,、软氮,化,化等热,处,处理工,艺,艺，使,表,表面生,成,成一化,合,合物薄,膜,膜，或,为,为硫化,物,物，磷,化,化物，,含,含氮的,化,化合物,，,，使摩,擦,擦系数,减,减小，,起,起到减,磨,磨作用,也,也减小,粘,粘着磨,损,损。,模具失,效,效形式,及,及机理,21,四、疲,劳,劳磨损,疲劳磨,损,损的定,义,义：工件与,模,模具表,面,面相对,运,运动时,，,，在循,环,环应力,（,（机械,应,应力与,热,热应力,）,）的作,用,用下，,使,使模具,表,表层金,属,属材料,疲,疲劳脱,落,落的现,象,象。,模具失,效,效形式,及,及机理,接触疲,劳,劳磨损,，,，主要,特,特征为,磨,磨损表,面,面有裂,纹,纹、小,坑,坑等，,磨,磨损产,物,物为块,状,状或饼,状,状。,22,模具失,效,效形式,及,及机理,四、疲,劳,劳磨损,(一),疲,疲劳,磨,磨损的,机,机理,在承受,力,力和相,对,对运动,的,的情况,下,下，模,具,具表面,及,及亚表,面,面不仅,有,有多变,的,的接触,应,应力而,且,且还有,切,切应力,，,，这些,外,外力反,复,复作用,一,一定周,次,次后，,模,模具表,面,面就会,产,产生局,部,部塑性,变,变形和,加,加工硬,化,化。在,某,某些组,织,织不均,匀,匀处，,由,由于应,力,力集中,，,，形成,裂,裂纹源,，,，并沿,着,着切应,力,力方向,或,或夹杂,物,物走向,发,发展。,当,当裂纹,扩,扩展到,表,表面时,或,或与纵,向,向裂纹,相,相交时,，,，形成,磨,磨损剥,落,落。,模具疲劳,磨,磨损有机械疲劳,磨,磨损、冷,热,热疲劳磨,损,损。,23,模具失效,形,形式及机,理,理,四、疲劳,磨,磨损,（二),影,影响疲劳,磨,磨损的因,素,素,材质：钢,材,材的冶金,质,质量，如,：,：夹杂物,类,类型、大,小,小、形貌,、,、分布。,特,特别是脆,性,性、带棱,角,角的非金,属,属夹杂物,。,。,硬度：图3-8,。,。,一般情况,下,下，材料,抗,抗疲劳磨,损,损能力随,表,表面硬度,的,的增加而,增,增强，而,表,表面硬度,一,一旦越过,一,一定值，,则,则情况相,反,反。,表面粗糙,度,度：表面,粗,粗糙度低,，,，接触面,积,积大，接,触,触应力小,，,，提高抗,疲,疲劳磨损,能,能力。,24,模具失效,形,形式及机,理,理,四、疲劳,磨,磨损,(三),提,提高耐疲,劳,劳磨损的,措,措施,合理选择,润,润滑剂,润滑剂可,避,避免模具,与,与工件表,面,面直接接,触,触，并均,化,化接触应,力,力，缓冲,冲,冲击。润,滑,滑剂粘度,越,越高越好,，,，固体润,滑,滑剂比液,体,体润滑剂,好,好。, 进,行,行表面强,化,化处理,采用喷丸,、,、滚压等,强,强化方法,，,，使模具,工,工作表面,金,金属受压,缩,缩产生塑,性,性变形，,并,并产生宏,观,观压缩应,力,力，有利,于,于提高抗,疲,疲劳磨损,的,的能力。,25,五、气蚀,磨,磨损和冲,蚀,蚀磨损,（一）气,蚀,蚀磨损,定义：模具表面,的,的气泡破,裂,裂，产生,瞬,瞬间的冲,击,击和高温,，,，使模具,表,表面形成,微,微小的麻,点,点和凹坑,的,的现象叫,气,气蚀磨损,。,。,模具失效,形,形式及机,理,理,26,五、气蚀,磨,磨损和冲,蚀,蚀磨损,（一）气,蚀,蚀磨损,产生机理,：,：模具与液,体,体表面接,触,触作相对,运,运动时，,在,在液体与,模,模具接触,处,处的局部,压,压力比液,体,体蒸发压,力,力低的情,况,况下，形,成,成气泡，,同,同时溶解,在,在液体中,的,的气体也,可,可能析出,形,形成气泡,，,，如果这,些,些气泡流,到,到高压区,，,，当承受,压,压力超过,气,气泡内压,力,力时，气,泡,泡就会破,裂,裂，在瞬,间,间产生极,大,大的冲击,力,力和高温,，,，作用于,模,模具表面,上,上。气泡,的,的形成和,压,压溃的反,复,复作用，,使,使零件表,面,面疲劳破,坏,坏，产生,麻,麻点，随,后,后扩展成,海,海绵状空,穴,穴，这种,磨,磨损称为,气,气蚀磨损,。,。,模具失效,形,形式及机,理,理,27,五、气蚀磨,损,损和冲蚀磨,损,损,（二）冲蚀,磨,磨损,定义：液体或固体,微,微粒高速落,到,到模具表面,，,，反复冲击,模,模具表面，,使,使模具表面,局,局部材料流,失,失，形成麻,点,点和凹坑的,现,现象叫冲蚀,磨,磨损。,当小液滴速,度,度特别高，,高,高于,100m/s,时，产生的,冲,冲击应力会,超,超过材料的,屈,屈服强度，,造,造成局部材,料,料断裂。,模具失效形,式,式及机理,28,五、气蚀磨,损,损和冲蚀磨,损,损,（三）提高,抗,抗气蚀磨损,和,和冲蚀磨损,的,的措施,气蚀磨损和,冲,冲蚀磨损都,称,称为侵蚀磨,损,损。它们都,可,可以看成疲,劳,劳磨损的派,生,生形式。因,为,为就本质上,来,来说，都是,由,由于机械力,造,造成的表面,疲,疲劳破坏，,但,但液体的化,学,学和电化学,作,作用加速了,它,它们的破坏,速,速度。在注,塑,塑模具和压,铸,铸模具中易,出,出现。,若材料具有,较,较好的抗疲,劳,劳性和抗腐,蚀,蚀性，又有,较,较高的强度,和,和韧性，材,料,料的抗气蚀,磨,磨损和冲蚀,磨,磨损性能就,好,好。,工艺上，降,低,低流体对模,具,具表面的冲,击,击速度，避,免,免涡流，消,除,除产生气蚀,的,的条件，可,有,有效减少气,蚀,蚀和冲蚀磨,损,损。,模具失效形,式,式及机理,29,六、腐蚀磨,损,损,定义：在摩擦过程,中,中，模具表,面,面与周围介,质,质发生化学,或,或电化学反,应,应，再加上,机,机械摩擦作,用,用，引起表,层,层材料脱落,的,的现象叫腐,蚀,蚀磨损。（腐蚀+磨,损,损）,模具失效形,式,式及机理,腐蚀磨损，,它,它的主要特,征,征是磨损表,面,面有化学反,应,应膜或小麻,点,点，但麻点,比,比较光滑。,磨,磨损物为薄,的,的碎片或粉,末,末。典型工,件,件如汽缸与,活,活塞、船舶,外,外壳、水力,发,发电的水轮,机,机叶片等。,30,六、腐蚀磨,损,损,（一）腐蚀,磨,磨损的机制（两个阶段,）,）,第一阶段：在摩擦过程,中,中，模具表,面,面与周围介,质,质发生化学,或,或电化学反,应,应，形成反,应,应物；,第二阶段：表面反应物,在,在随后的摩,擦,擦过程中被,磨,磨掉。,反应物被磨,掉,掉后，新鲜,表,表面暴露出,来,来，重新与,周,周围介质发,生,生化学或电,化,化学反应，,重,重复第一阶,段,段。,模具失效形,式,式及机理,31,六、腐蚀磨,损,损,腐蚀磨损常,发,发生在高温,或,或潮湿的环,境,境中，尤其,在,在有酸、碱,、,、盐等特殊,条,条件下最易,发,发生。,模具常见的,腐,腐蚀磨损形,式,式有：氧化腐蚀磨,损,损、特殊介,质,质腐蚀磨损,。,。,模具失效形,式,式及机理,32,六、腐蚀磨,损,损,（二）氧化,腐,腐蚀磨损,在摩擦过程,中,中，由于金,属,属表层凸峰,的,的塑性变形,，,，促使原有,的,的氧化膜破,裂,裂，新的材,料,料暴露后又,与,与氧结合形,成,成脆而硬的,氧,氧化膜。由,于,于氧化膜不,断,断生成与剥,落,落造成的磨,损,损称为氧化,磨,磨损。,模具服役时,一,一般都会出,现,现氧化磨损,。,。,一般情况下,氧,氧化膜能使,金,金属表面免,于,于粘着，氧,化,化磨损一般,要,要比粘着磨,损,损缓慢，因,而,而可以说氧,化,化磨损能起,到,到保护摩擦,副,副的作用。,模具失效形,式,式及机理,33,六、腐蚀磨,损,损,氧化磨损的,速,速度与氧化,膜,膜的性质有,关,关：,（1）氧化,膜,膜的密度和,金,金属相近：,氧,氧化膜能牢,固,固覆盖在金,属,属表面，磨,损,损小；,（2）氧化,膜,膜的密度大,于,于金属密度,：,：氧化膜中,易,易出现拉应,力,力，膜易破,裂,裂或出现多,孔,孔疏松膜。,（3）氧化,膜,膜的密度小,于,于金属密度,：,：随着氧化,膜,膜的生长，,膜,膜的体积不,断,断膨胀，在,膜,膜内形成平,行,行于表面的,压,压应力和垂,直,直于表面使,膜,膜脱离表面,的,的拉应力，,膜,膜愈厚，内,应,应力愈大，,膜,膜易剥落。,（4）氧化,膜,膜与基体的,热,热涨系数不,同,同，也会造,成,成氧化膜脱,落,落。,模具失效形,式,式及机理,34,六、腐蚀磨,损,损,（三）特殊,介,介质腐蚀磨,损,损,在腐蚀环境,中,中，金属表,面,面与酸、碱,、,、盐等特殊,介,介质发生化,学,学反应，形,成,成化合物。,在,在摩擦力的,作,作用下，表,层,层化合物剥,落,落而引起的,磨,磨损称为特,殊,殊介质腐蚀,磨,磨损。,为了,防,防止,和,和减,轻,轻腐,蚀,蚀磨,损,损，,可,可从,表,表面,处,处理,工,工艺,、,、润,滑,滑材,料,料及,添,添加,剂,剂的,选,选择,等,等方,面,面采,取,取措,施,施。,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,35,七,、,、,磨,磨,损,损,的,的,交,交,互,互,作,作,用,用,模,具,具,表,表,面,面,的,的,磨,磨,损,损,往,往,往,往,多,多,种,种,形,形,式,式,并,并,存,存,，,，,并,并,相,相,互,互,促,促,进,进,。,。,如,；,；,模,模,具,具,表,表,面,面,发,发,生,生,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,后,后,，,，,形,形,成,成,的,的,磨,磨,粒,粒,会,会,引,引,发,发,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,；,；,而,而,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,造,造,成,成,模,模,具,具,表,表,面,面,更,更,加,加,粗,粗,糙,糙,，,，,又,又,会,会,促,促,进,进,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,；,；,模,具,具,表,表,面,面,疲,疲,劳,劳,磨,磨,损,损,后,后,，,，,形,形,成,成,的,的,磨,磨,粒,粒,同,同,样,样,会,会,引,引,发,发,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,；,；,而,而,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,造,造,成,成,模,模,具,具,表,表,面,面,更,更,加,加,粗,粗,糙,糙,，,，,也,也,会,会,促,促,进,进,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,、,、,疲,疲,劳,劳,磨,磨,损,损,。,。,腐,蚀,蚀,磨,磨,损,损,也,也,会,会,促,促,进,进,磨,磨,粒,粒,磨,磨,损,损,、,、,疲,疲,劳,劳,磨,磨,损,损,、,、,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,。,。,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,36,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,第,二,二,节,节,断,断,裂,裂,失,失,效,效,模,具,具,出,出,现,现,大,大,裂,裂,纹,纹,或,或,分,分,离,离,为,为,两,两,部,部,分,分,或,或,数,数,部,部,分,分,，,，,丧,丧,失,失,服,服,役,役,能,能,力,力,时,时,，,，,称,称,为,为,断,断,裂,裂,失,失,效,效,。,。,37,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,一,断,断,裂,裂,力,力,学,学,的,的,基,基,本,本,概,概,念,念,（,一,一,）,）,葛,葛,里,里,菲,菲,斯,斯,理,理,论,论,为什么,玻,玻璃等,脆,脆性材,料,料的实,际,际强度,远,远低于,其,其理论,强,强度？,根据葛里菲,斯,斯理论,，,，由于玻,璃,璃中存,在,在微小,裂,裂纹，,降,降低了,玻,玻璃强,度,度。,38,模具失,效,效形式,及,及机理,（一）葛里,菲,菲斯理论,模型：单位厚度薄,板,板，受单向,均,均匀拉应力,，两端固定,，,，构成能量,封,封闭系统。,图3-13,。,。,此时平板内,单,单位体积储,存,存的弹性应,变,变能为,39,模具失效形,式,式及机理,（一）葛里,菲,菲斯理论,如果在板内,沿,沿垂直于拉,应,应力方向开,一,一长度为,2a,（远小于板,宽,宽及板长）,的,的穿透裂纹,。,。,裂纹出现后,，,，板内弹性,应,应变能一部,分,分释放，释,放,放的能量设,为,为,U,。,U,裂纹释放的,能,能量；E，,材料的,弹,弹性模量和,泊,泊松比。,40,模具失效形,式,式及机理,（一）葛里,菲,菲斯理论,裂纹出现后,，,，形成两个,新,新表面，增,加,加表面能,W,，设单位面,积,积的表面能,为,为,T,，新增加的,表,表面能为：,则，裂纹出,现,现后，板中,能,能量改变量,F,为：,41,模具失效,形,形式及机,理,理,（一）葛,里,里菲斯理,论,论,图3-14为能量随,裂,裂纹长度a的变化,。,。当,a,a,C,时，裂纹,将,将自发扩,展,展。,2a,C,为临界裂,纹,纹长度。,利用能量,求,求极值可,得,得临界条,件,件为：,即：,42,模具失效,形,形式及机,理,理,（一）葛,里,里菲斯理,论,论,因此，裂,纹,纹,自发扩展,的,的临界应,力,力,c为：,43,模具失效,形,形式及机,理,理,（一）葛,里,里菲斯理,论,论,因此，裂,纹,纹,自发扩展,的,的临界裂,纹,纹长度2a,c,为：,44,模具失效,形,形式及机,理,理,（一）葛,里,里菲斯理,论,论,葛里菲斯,理,理论只能,应,应用于完,全,全脆性材,料,料。模具,材,材料多为,塑,塑性材料,，,，在裂纹,尖,尖端附近,区,区域要产,生,生塑性变,形,形。,裂,纹,纹,扩,扩,展,展,所,所,释,释,放,放,的,的,能,能,量,量,不,不,仅,仅,用,用,于,于,表,表,面,面,能,能,，,，,还,还,要,要,用,用,于,于,裂,裂,纹,纹,扩,扩,展,展,前,前,沿,沿,的,的,塑,塑,性,性,功,功,。,。,假,设,设,单,单,位,位,面,面,积,积,裂,裂,纹,纹,表,表,面,面,消,消,耗,耗,的,的,塑,塑,性,性,变,变,形,形,功,功,为,为,P,则,则,上,上,述,述,方,方,程,程,中,中,要,要,用,用T+P,代,代,替,替T,由,由,于,于TP,，,，,因,因,此,此,可,可,略,略,去,去T+P,中,中,的,的T,。,。,45,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,裂,纹,纹,自,发,发,扩,扩,展,展,的,的,临,临,界,界,裂,裂,纹,纹,长,长,度,度2a,c,修,正,正,为,为,：,：,则,考,考,虑,虑,裂,裂,纹,纹,尖,尖,端,端,塑,塑,性,性,变,变,形,形,后,后,，,，,裂,裂,纹,纹,自,发,发,扩,扩,展,展,的,的,临,临,界,界,应,应,力,力,c,修,修,正,正,为,为,：,：,（,一,一,）,）,葛,葛,里,里,菲,菲,斯,斯,理,理,论,论,46,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,当,有,有,2a,长,长,的,的,裂,纹,纹,出,出,现,现,后,后,，,，,弹,弹,性,性,体,体,释,释,放,放,的,的,能,能,量,量,为,为,：,葛,里,里,菲,菲,斯,斯,理,理,论,论,指,指,出,出,，,，,裂,裂,纹,纹,扩,展,展,的,的,过,过,程,程,是,是,能,能,量,量,转,转,换,换,过,过,程,程,。,。,（,二,二,）,）,应,应,变,变,能,能,释,释,放,放,率,率,及,及,断,断,裂,裂,韧,韧,性,性,能,量,量,释,释,放,放,率,率,q,为,：,q,的,临,临,界,界,值,值,称,称,为,为,断,断,裂,裂,韧,韧,性,性,：,47,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,（,二,二,）,）,应,应,变,变,能,能,释,释,放,放,率,率,及,及,断,断,裂,裂,韧,韧,性,性,联,解,解,：,得,：,q,I,的,大,大,小,小,反,反,映,映,了,了,材,材,料,料,抗,抗,断,断,裂,裂,破,破,坏,坏,的,的,能,能,力,力,。,。,48,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,（,三,三,）,）,裂,裂,纹,纹,尖,尖,端,端,附,附,近,近,的,的,应,应,力,力,场,场,和,和,应,应,力,力,强,强,度,度,因,因,子,子,裂,纹,纹,尖,尖,端,端,附,附,近,近,的,的,应,应,力,力,场,场,和,和,应,应,变,变,场,场,与,与,裂,裂,纹,纹,的,的,变,变,形,形,方,方,式,式,有,有,关,关,。,。,共,共,有,有,三,三,种,种,变,变,形,形,方,方,式,式,（,（图3-15） ：张开,型,型、滑开型,、,、撕开型。,在,在上述三种,裂,裂纹变形方,式,式中，张开,型,型裂纹最常,见,见也最危险,。,。,下面主要讨,论,论张开型裂,纹,纹的情况。,49,模具失效形,式,式及机理,（三）裂纹,尖,尖端附近的,应,应力场和应,力,力强度因子,下面主要讨,论,论张开型裂,纹,纹的情况。,50,模具失效形,式,式及机理,（三）裂纹,尖,尖端附近的,应,应力场和应,力,力强度因子,应用弹性理,论,论分析得到,（,（图3-16），在r,a时，,裂,裂纹前沿各,点,点的应力如,下,下：,51,模具失效形,式,式及机理,（三）裂纹,尖,尖端附近的,应,应力场和应,力,力强度因子,应用弹性理,论,论分析得到,，,，在r,a时，,裂,裂纹前沿各,点,点的位移如,下,下：,其中,：u-,x,方,方向,的,的位,移,移；v-y方,向,向的,位,位移,；,；G,切,变,变模,量,量；r,极,极坐,标,标中,的,的极,径,径和,极,极角,。,。,52,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（三,）,）裂,纹,纹尖,端,端附,近,近的,应,应力,场,场和,应,应力,强,强度,因,因子,控制,断,断裂,的,的三,个,个主,要,要因,素,素：,1）,裂,裂纹,尺,尺寸,和,和形,状,状；2),作,作用,应,应力,；,；3)材,料,料的,断,断裂,韧,韧性,。,。,裂纹,尺,尺寸,越,越大,，,，作,用,用应,力,力越,高,高，,发,发生,断,断裂,的,的可,能,能性,就,就越,大,大；,材,材料,的,的断,裂,裂韧,性,性越,高,高，,抵,抵抗,断,断裂,破,破坏,的,的能,力,力越,强,强，,发,发生,断,断裂,的,的可,能,能性,就,就越,小,小。,三因,素,素，,前,前二,者,者是,作,作用,，,，为,断,断裂,的,的发,生,生提,供,供条,件,件；,后,后者,（,（材,料,料的,断,断裂,韧,韧性,）,）是,抗,抗力,，,，阻,止,止断,裂,裂的,发,发生,。,。,材料,的,的断,裂,裂韧,性,性与,材,材料,、,、使,用,用温,度,度、,环,环境,介,介质,等,等因,素,素有,关,关，,由,由试,验,验确,定,定。,定义,应力,强,强度,因,因子,：,53,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（三,）,）裂,纹,纹尖,端,端附,近,近的,应,应力,场,场和,应,应力,强,强度,因,因子,定义,：,：,则，,裂纹,前,前沿,各,各点,的,的应,力,力可,改,改写,为,为：,54,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（三,）,）裂,纹,纹尖,端,端附,近,近的,应,应力,场,场和,应,应力,强,强度,因,因子,裂纹,前,前沿,各,各点,的,的应,力,力和,位,位移,由,由K,I,和坐,标,标（r,）,决,决定,。,。当K,I,确定,后,后，,不,不管,和a如,何,何变,化,化，,裂,裂纹,前,前沿,的,的应,力,力场,和,和位,移,移场,完,完全,相,相同,。,。K,I,称为,应,应力,强,强度,因,因子,。,。,应力,强,强度,因,因子,是,是表,征,征裂,纹,纹尖,端,端应,力,力场,和,和位,移,移场,的,的一,个,个有,效,效参,数,数。,裂纹,前,前沿,各,各点,的,的位,移,移可,改,改写,为,为：,55,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（三,）,）裂,纹,纹尖,端,端附,近,近的,应,应力,场,场和,应,应力,强,强度,因,因子,对于,承,承受,不,不同,应,应力,和,和不,同,同几,何,何形,状,状的,裂,裂纹,体,体，,应力,强,强度,因,因子,的,的一,般,般表,达,达式,为,为：,Y与,裂,裂纹,形,形状,有,有关,。,。图3-17。,时，,发,发生,脆,脆性,断,断裂,。,。,K,IC,是材料常,数,数。由上式可,求,求得对应,于,于裂纹长,度,度a 的,断,断裂应力,C,或对应于,应,应力,的,临界裂纹,长,长度a,C,。,56,模具失效,形,形式及机,理,理,（三）裂,纹,纹尖端附,近,近的应力,场,场和应力,强,强度因子,对于,I型,裂纹，,由上面两,个,个式子，,得,得,断裂韧度q,I,和临界应,力,力强度因,子,子 K,IC,都是材料,常,常数，都,是,是表征材,料,料抗裂纹,扩,扩展能力,的,的参数。,（3-9,）,）,57,模具失效,形,形式及机,理,理,（四）,小范围屈,服,服条件下,应,应力强度,因,因子K,I,的修正,根据前面,分,分析（,式3-14）,，当r,0时，,Y,。图3-18。,但在实际,金,金属材料,中,中，当裂,纹,纹尖端的,正,正应力等,于,于或大于,屈,屈服应力,YS,，材料就,要,要屈服，,产,产生塑性,变,变形，从,而,而使裂纹,尖,尖端区域,的,的应力松,弛,弛，也就,是,是说，裂,纹,纹尖端的,应,应力不可,能,能无限大,。,。,58,模具失效,形,形式及机,理,理,（四）,小范围屈,服,服条件下,应,应力强度,因,因子K,I,的修正,1. 裂,纹,纹尖端屈,服,服区域的,大,大小和形,状,状,根据材料,力,力学主应,力,力的计算,公,公式：,59,模具失效,形,形式及机,理,理,（四）,小范围屈,服,服条件下,应,应力强度,因,因子K,I,的修正,将式3-14带入,上,上面公式,，,，得,利用Mises屈,服,服准则,（3-21）,（3-22）,60,模具失效,形,形式及机,理,理,（四）,小范围屈,服,服条件下,应,应力强度,因,因子K,I,的修正,在平面应,力,力下，,将式（3-21）,代,代入式（3-22,）,）解得,（3-23）,式（3-23）为,裂,裂纹尖端,屈,屈服区的,边,边界方程,，,，图3-19。,在x轴上,（,（,=0）,（3-24）,61,模具失效,形,形式及机,理,理,（四）,小范围,屈,屈服条,件,件下应,力,力强度,因,因子K,I,的修正,在平面,应,应变下,，,，,（3-25）,裂纹尖,端,端屈服,区,区的边,界,界方程,为,为,在x轴,上,上（,=0,）,）,（3-26）,62,模具失,效,效形式,及,及机理,（四）,小范围,屈,屈服条,件,件下应,力,力强度,因,因子K,I,的修正,2.,考,考,虑,虑应力,松,松弛对,塑,塑性区,大,大小的,修,修正,上述讨,论,论没有,考,考虑塑,性,性区的,应,应力松,弛,弛。实,际,际上，,材,材料屈,服,服后，,最,最大主,应,应力等,于,于屈服,应,应力，,因,因此，,图,图3-19中r,r0区,域,域，从,而,而扩大,了,了塑性,区,区。,在未屈,服,服以前,，,，裂纹,尖,尖端,=0,的,的平面,内,内法向,应,应力分,布,布规律,如,如图3-20,中,中FBE所示,，,，应力,大,大小为,63,模具失,效,效形式,及,及机理,（四）,小范围,屈,屈服条,件,件下应,力,力强度,因,因子K,I,的修正,2.,考,考,虑,虑应力,松,松弛对,塑,塑性区,大,大小的,修,修正,此法向,应,应力,在,在,其,其净面,积,积上的,总,总和（,即,即内力,）,）应与,外,外力平,衡,衡，此,内,内力等,于,于FBE曲线,下,下的面,积,积。,出现应,力,力松弛,后,后，在,裂,裂纹尖,端,端,=0,的,的平面,内,内，,的分布,规,规律如,图,图3-20中,的,的ACD所示,，,，ACD曲线,下,下的,面,面,积,积应与,曲,曲线FBE下,的,的面积,相,相等。,由于BE和CD两段,均,均代表,弹,弹性应,力,力场的,变,变化规,律,律，因,此,此其下,的,的面积,相,相等。,则,则，FB曲,线,线段下,的,的面积,应,应等于AC直,线,线段下,的,的面积,。,。,64,模具失,效,效形式,及,及机理,（四）,小范围,屈,屈服条,件,件下应,力,力强度,因,因子K,I,的修正,2.,考,考,虑,虑应力,松,松弛对,塑,塑性区,大,大小的,修,修正,令AC=R,，,，则,则：,由此可得，,应,应力松弛后,，,，屈服区域,在,在x 轴上,扩,扩大了一倍,。,。,（3-28,）,）,65,模具失效形,式,式及机理,（四）,小范围屈服,条,条件下应力,强,强度因子K,I,的修正,2.,考,考虑应力松,弛,弛对塑性区,大,大小的修正,应力松弛后,，,，屈服区域,在,在x 轴上,扩,扩大了一倍,。,。,66,模具失效形,式,式及机理,（四）,小范围屈服,条,条件下应力,强,强度因子K,I,的修正,2.,考,考虑应力松,弛,弛对塑性区,大,大小的修正,平面应变下,，,，由于,为,为拉应,力,力，裂纹尖,端,端的材料处,于,于三向拉应,力,力状态。因,此,此，材料y,方,方向的屈服,极,极限,不再等于单,向,向拉伸的屈,服,服极限,。,。,67,模具失效形,式,式及机理,（四）,小范围屈服,条,条件下应力,强,强度因子K,I,的修正,3.应力强,度,度因子 K,I,的修正,前面介绍，,假,假设裂纹尖,端,端不存在屈,服,服区时，则,在,在,=0的裂,纹,纹平面内，,其分布如图3-21中FBE，,当,当发生松弛,后,后，屈服区,域,域x 轴上,的,的极限尺寸,为,为R，实际,的,的应力分布,如,如图3-21中ABCD所示。,68,模具失效形,式,式及机理,（四）,小范围屈服,条,条件下应力,强,强度因子K,I,的修正,3.应力强,度,度因子 K,I,的,修,修,正,正,假,想,想,把,把,裂,裂,纹,纹,尖,尖,端,端,沿,沿Ox,轴,轴,从,从O,点,点,向,向,右,右,移,移,动,动r,y,的,距,距,离,离,，,，,到,到,达,达O,1,点,，,，,此,此,时,时,的,的,裂,裂,纹,纹,长,长,度,度,就,就,从,从2a,0,变,成,成2(a,0,+r,y,),称,之,之,为,为有,效,效,裂,裂,纹,纹,长,长,度,度,。,。,下,面,面,计,计,算,算r,y,的,值,值,。,。,由,于,于,在,在C,点,点,，,，,而,而,该,该,点,点,在,在O1,点,点,为,为,原,原,点,点,的,的,坐,坐,标,标,中,中,的,的,坐,坐,标,标,为,为r=R-r,y,，,于,于,是,是,69,模,具,具,失,失,效,效,形,形,式,式,及,及,机,机,理,理,（,四,四,）,）,小,范,范,围,围,屈,屈,服,服,条,条,件,件,下,下,应,应,力,力,强,强,度,度,因,因,子,子K,I,的,修,修,正,正,3.,应,应,力,力,强,强,度,度,因,因,子,子K,I,的,修,修,正,正,有,效,效,裂,裂,纹,纹,长,长,度,度:,70,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（四,）,）,小范,围,围屈,服,服条,件,件下,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,3.,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,由此,得,得到,在平,面,面应,力,力下,，,，有,：,：,则：,71,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（四,）,）,小范,围,围屈,服,服条,件,件下,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,3.,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,在平,面,面应,变,变下,，,，有,：,：,则：,72,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（四,）,）,小范,围,围屈,服,服条,件,件下,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,3.,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,这时,有,有效,应,应力,强,强度,因,因子,为,为：,平面,应,应力,：,：,73,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,（四,）,）,小范,围,围屈,服,服条,件,件下,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,3.,应,应力,强,强度,因,因子K,I,的修,正,正,这时,有,有效,应,应力,强,强度,因,因子,为,为：,平面,应,应变,：,：,74,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,二、,断裂,分,分类,（1,）,）按,断,断裂,性,性质,分,分,塑性,断,断裂,、,、脆,性,性断,裂,裂,根据,金,金属,材,材料,断,断裂,前,前所,产,产生,的,的宏,观,观塑,性,性变,形,形的,大,大小,分,分。,一,一般,规,规定,光,光滑,拉,拉伸,试,试样,的,的断,面,面收,缩,缩率,小,小于5,为,为脆,性,性,断裂,；大,于,于5,为,韧,韧性,断,断裂,。,。,（2,）,）按,断,断裂,路,路径,分,分,沿晶,断,断裂,、,、穿,晶,晶断,裂,裂、,混,混晶,断,断裂,（3,）,）,按断,裂,裂机,理,理分,一次,性,性断,裂,裂、,疲,疲劳,断,断裂,模具,材,材料,多,多为,中,中、,高,高强,度,度钢,，,，断,裂,裂性,质,质多,为,为脆,性,性断,裂,裂。,75,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,脆性,断,断裂,脆性,断,断裂指断,裂,裂时,不,不发,生,生塑,性,性变,形,形或,只,只发,生,生很,小,小的,塑,塑性,变,变形,（,（小,于,于2-5%）,的,的断,裂,裂。,包,包括,一次,性,性断,裂,裂、,疲,疲劳,断,断裂,。,。,1）,一,一次,性,性断,裂,裂指在,承,承,受,受很,大,大变,形,形力,或,或在,冲,冲击,载,载荷,的,的作,用,用下,，,，裂,纹,纹产,生,生并,迅,迅速,发,发展,所,所造,成,成的,断,断裂,。,。断,口,口呈,结,结晶,状,状。,2）,疲,疲劳,断,断裂指在,较,较低,应,应力,下,下，,经,经反,复,复使,用,用，,裂,裂纹,缓,缓慢,扩,扩展,后,后发,生,生的,断,断裂,。,。断,口,口呈,纤,纤维,状,状。,76,模具,失,失效,形,形式,及,及机,理,理,三、,一次,性,性断,裂,裂,包括,穿,穿晶,断,断裂,，,，沿,晶,晶断,裂,裂,（一,）,）穿,晶,晶,断裂,是一,种,种解,理,理断,裂,裂，,指,指沿,着,着特,定,定的,晶,晶面,的,的断,裂,裂。,解理,面,面一,般,般是,低,低指,数,数或,表,表面,能,能最,低,低的,晶,晶面,，,，,如体心,立,立方的,解,解理面,为,为,001，密,排,排六方,为,为,0001,。,解理断,裂,裂常见,于,于体心,立,立方和,密,密排六,方,方金属,及,及合金,，,，低温,、,、冲击,载,载荷和,应,应力集,中,中常促,使,使解理,断,断裂的,发,发生。,面,面心立,方,方金属,很,很少发,生,生解理,断,断裂。,77,模具失,效,效形式,及,及机理,（一）,穿,穿晶断,裂,裂,1.位,错,错塞积,理,理论,该理论,的,的核心,是,是位错,遇,遇障碍,受,受阻，,形,形成位,错,错塞积,群,群，产,生,生应力,集,集中。,当,当该应,力,力中的,正,正应力,达,达到材,料,料断裂,强,强度时,，,，即萌,生,生裂纹,。,。,78,模具失,效,效形式,及,及机理,1.位,错,错塞积,理,理论,解理裂,纹,纹的产,生,生，并,不,不是靠,先,先天存,在,在的裂,纹,纹，而,是,是靠塑,性,性变形,。,。金属,材,材料在,切,切应力,作,作用下,，,，局部,发,发生变,形,形时，,某,某一滑,移,移面上,的,的位错,源,源开始,启,启动，,产,产生一,系,系列位,错,错，位,错,错沿滑,移,移面的,滑,滑移方,向,向前进,，,，当遇,到,到障碍,物,物如晶,界,界、孪,晶,晶界时,即,即发生,塞,塞积（,如,如界面O处）,，,，从而,引,引起应,力,力集中,。,。这种,应,应力集,中,中有两,种,种可能,：,：一种,为,为激发,邻,邻近晶,粒,粒的位,错,错源，,产,产生新,位,位错，,使,使屈服,从,从一晶,粒,粒传播,到,到另一,晶,晶粒；,另,另一种,假,假如不,能,能使邻,近,近晶粒,屈,屈服，,则,则在某,一,一方面,上,上（与,滑,滑移方,向,向呈,角）,因产生,的,的最大,拉,拉应力,达,达到理,论,论断裂,强,强度时,便,便会产,生,生解理,裂,裂纹。,（一）,穿,穿晶断,裂,裂,79,模具失,效,效形式,及,及机理,2.位,错,错反应,理,理论,80,模具失,效,效形式,及,及机理,2.位,错,错反应,理,理论,在体心,立,立方金,属,属中，,有,有滑移,面,面(101),上,上滑动,的,的位错,和,和在滑,移,移面(10-1)上,滑,滑动的,位,位错在,滑,滑移面,交,交线010处相,遇,遇，发,生,生位错,反,反应，,形,形成新,位,位错。,但,但新形,成,成的位,错,错线在(001)面,上,上，由,于,于(001),不,不是体,心,心立方,金,金属的,固,固有滑,移,移面，,故,故 001为不,动,动位错,。,。于是,在,在此不,动,动位错,后,后的几,个,个位错,塞,塞积便,可,可使晶,体,体沿(001)解理,面,面形成,解,解理裂,纹,纹。,81,模具失,效,效形式,及,及机理,解理断,裂,裂通常,是,是宏观,脆,脆性断,裂,裂，它,的,的裂纹,发,发展十,分,分迅速,，,，常常,造,造成零,件,件或构,件,件灾难,性,性的总,崩,崩溃。,断口特,征,征：,“,“河流,花,花样”,，,，河流,花,花样中,的,的每条,支,支流都,对,对应着,一,一个不,同,同高度,的,的相互,平,平行的,解,解理面,之,之间的,台,台阶。,解,解理裂,纹,纹扩展,过,过程中,，,，众多,的,的台阶,相,相互汇,合,合，便,形,形成了,河,河流花,样,样。河,流,流的流,向,向恰好,与,与裂纹,扩,扩展方,向,向一致,。,。可以,根,根据河,流,流花样,的,的流向,，,，判断,解,解理裂,纹,纹在微,观,观区域,内,内的扩,展,展方向,。,。,82,模具失,效,效形式,及,及机理,三、,一次性,断,断裂,（ 二,）,）沿晶,断裂,裂纹沿,晶,晶界扩,展,展造成,的,的断裂,。,。,根据断,裂,裂能量,消,消耗最,小,小原理,，,，裂纹,的,的扩展,路,路径总,是,是沿着,原,原子键,合,合力最,薄,薄弱的,表,表面进,行,行。晶,界,界强度,不,不一定,最,最低，,但,但如果,存,存在某,些,些因素,使,使晶界,弱,弱化，,就,就会发,生,生沿晶,断,断裂：,（,1）晶,界,界有析,出,出相(,沉,沉淀相)或存,在,在杂质,，,，破坏,了,了晶界,的,的连续,性,性，造,成,成晶界,弱,弱化。,如AlN粒子,在,在晶面,分,分布，,将,将产生,微,微孔聚,合,合型沿,晶,晶断裂,。,。,晶界有,使,使其弱,化,化的夹,杂,杂物。,如,如钢中,晶,晶界上,存,存在P,、,、S、As、Sb、Sn,等,等元素,的,的化合,物,物。,83,模具失效形,式,式及机理,三、,一次性断裂,（ 二）沿,晶,晶,断裂,(2),环,环境因素,与,与晶界相互,作,作用造成的,晶,晶界弱化或,脆,脆化，例如,高,高温蠕变条,件,件下的晶界,弱,弱化，应力,腐,腐蚀条件下,晶,晶界易于优,先,先腐蚀等，,均,均促使沿晶,断,断裂产生。,一般来讲，,温,温度较低时,，,，易发生穿,晶,晶断裂；温,度,度较高时，,易,易发生沿晶,断,断裂。,提纯金属，,净,净化晶界，,防,防止杂质原,子,子在晶界上,偏,偏聚或脱溶,，,，以及避免,脆,脆性第二相,在,在晶界析出,等,等，均可以,减,减少金属发,生,生沿晶脆性,断,断裂的倾向,。,。,84,模具失效形,式,式及机理,二、,断裂分类,断口形貌,结晶状断口,85,模具失效形,式,式及机理,四、,疲劳断裂,模具在循环,载,载荷下服役,一,一段时间后,发,发生的断裂,。,。,两个阶段：裂纹萌生、,裂,裂纹扩展。,（一）裂纹,萌,萌生,1.表面不,均,均匀变形萌,生,生裂纹：尺,寸,寸过渡处、,刀,刀痕、划痕,2.,沿晶界萌生,裂,裂纹,3.,沿夹杂和第,二,二相萌生裂,纹,纹,86,模具失效形,式,式及机理,（一）裂纹,萌,萌生,1.表面不,均,均匀变形萌,生,生裂纹,模具在尺寸,过,过渡、刀痕,、,、磨痕等处,易,易产生应力,集,集中。,在载荷作用,下,下，当这些,地,地方的应力,超,超过材料的,屈,屈服强度时,，,，便产生滑,移,移。,87,模具失效形,式,式及机理,四、,疲劳断裂,（二）裂纹,扩,扩展,两个阶段：,第一阶段：裂纹与拉应,力,力方向呈45,o,角。,第二阶段：裂纹与拉应,力,力方向垂直,。,。,88,模具失效形,式,式及机理,裂纹疲劳条,带,带的产生过,程,程（疲劳裂,纹