模具材料与性能80898

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1、第一节零件失效分析第二节材料选择原则第三节模具材料与性能第一节零件失效分析任何零件均具有一定的设计功能与寿命。当其在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象即称为失效。失效分析的目的就是要分析零件的失效原因并提出相应的防止和改进措施，其结论对零件的设计、选材、加工与使用都有重大的指导意义。就选材而言，由于选材过程在很大程度上依赖于对以往使用经验的分析，特别是对失效原因和机制的分析，找出零件的最薄弱环节，进而可直接确定零件的某种（或某些）必要性能，并推断出材料应达到的性能指标。一、基本

2、概念零件失效形式多种多样，通常按零件的工作条件及失效的特点将失效分为四大类：即过量变形、断裂、表面损伤和物理性能降级。对结构材料的失效而言，前三种是最主要的；其中断裂失效（尤其是脆性断裂）因其危险性而易受重视、且研究最多，疲劳断裂最普遍，是断裂失效的主要方式。对于功能材料，物理性能降级是其主要失效形式，但也存在断裂与腐蚀、磨损等问题。失效形式不同，则对材料的主要性能要求也不相同，如零件发生过量弹性变形失效时，其主要性能应是材料的刚度（刚性），就选材而言，应选高弹性模量（E、G）的材料。二、失效形式造成零件失效的原因错综复杂、多种多样，一般将其分为四个主要方

3、面：设计材料加工使用见表14-2。三、失效原因设计设计思想有误工作条件分析错误结构外形不合理材料选材不当材质低劣（冶金缺陷）加工各种热加工缺陷各种冷加工缺陷使用安装不良维护不善操作不当过载使用表14-2零件失效的主要原因失效原因设计与失效之间关系密切，如结构形状不合理导致的应力集中、安全系数选择过大或过小均是常见的设计错误。（一）设计失效原因材料是零件安全工作的基础，因材料而导致失效的原因主要表现在两方面：其一是选材不当，这是最重要的原因；其二是材质欠佳，如各种冶金缺陷（气孔、疏松、夹杂物、杂质含量等）的存在且超过规定的标准。（二）材料失效原因

4、产品在加工制造过程中，若不注意工艺质量，则会留下各种冷、热加工缺陷而导致零件早期失效。如各种裂纹缺陷（铸、锻、焊、热与磨削裂纹）、组织不均匀缺陷（粗大组织、带状组织等）、表面质量（刃痕等）与有害残余应力分布等。（三）加工失效原因零件安装时配合不当、对中不良等，维修不及时或不当，操作违反规程均可导致工件在使用中失效。据报道，在260例压力容器失效中，属操作不当而造成失效的高达75%。应该说明的是：工件失效的原因可能是单一的，也有可能是多种因素共同作用的结果，但每一失效事件均应有一导致失效的主要原因，据此可提出防止失效的主要措施。（四）使用失效分析工作涉及到

5、多门学科知识。其实践性极强，快速准确的分析结果要求有正确的失效分析方法。一般认为失效分析的基本步骤如下：（一）调查取证调查取证是失效分析最关键、最费力、也是必不可少的程序，主要包括两方面内容：其一是调查并记录失效现场的相关信息、收集失效残骸或样品；其二是查询有关背景资料，如设计图样、加工工艺等文件、使用维修情况等。四、失效分析的基本步骤与方法失效分析的基本步骤与方法对所收集的资料、证据进行整理，并从零件的设计、加工及使用等多方面进行分析，为后续试验明确方向。（二）整理分析对失效试样进行宏观与微观断口分析以及必要的金相分析，确定失效的发源地与失效形式，初步

6、指示可能的失效原因。（三）断口分析失效分析的基本步骤与方法包括成分及均匀性分析、组织及均匀性观察、与失效方式有关的各种性能指标的测试等，并与设计要求进行比较，找出其不符合规范之处。（四）成分组织性能的分析与测试综合各方面的证据资料及分析测试结果，判断并确定失效的具体原因，提出防止与改进措施，写出报告。（五）综合分析得出结论第二节选材原则研究和制造有竞争性的优质产品，最重要的要求之一就是选择产品中不同零件所用的各种材料和与之相宜的加工方法的最佳组合。由于所能采用的材料和加工方法很多，因而材料的选用常常是一个复杂而困难的判断、优化过程。毫无疑问，所选材料应满足

7、产品（零件）使用的需要，经久耐用，易于加工，经济效益高。选材一般应遵循三个基本原则：使用性能、工艺性能和经济性能，它们是辩证的统一体。在大多数情况下，使用性能是选材的首要原则与依据，然后再综合考虑工艺性能和经济性能，得出优化结果。（一）使用性能简要分类使用性能是材料满足使用需要所必备的性能，它是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件，是选材的最主要原则。不同用途的零件要求的使用性能是不同的，见表14-3。对结构零件而言，其使用性能要求以力学性能为主，物理性能和化学性能要求为辅；对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，以力学性能、化学性能为辅。

8、一、使用性能选材原则使用性能选材原则（一）使用性能简要分类分类典型