本文摘要：摘要：通過對硬質(zhì)合金模體宏觀失效形貌和微觀失效機(jī)制進(jìn)行分析，并結(jié)合壓制成型工藝分析了影響硬質(zhì)合金模體非斷裂失效的因素。研究結(jié)果表明：粉末冶金模壓制成型中硬質(zhì)合金模體非斷裂失效形式為模體成型區(qū)磨損;非斷裂失效機(jī)制為磨料磨損和接觸疲勞磨損;除模
摘要：通過對硬質(zhì)合金模體宏觀失效形貌和微觀失效機(jī)制進(jìn)行分析，并結(jié)合壓制成型工藝分析了影響硬質(zhì)合金模體非斷裂失效的因素。研究結(jié)果表明：粉末冶金模壓制成型中硬質(zhì)合金模體非斷裂失效形式為模體成型區(qū)磨損;非斷裂失效機(jī)制為磨料磨損和接觸疲勞磨損;除模體材料、壓坯形狀和粉末性能外，單位壓制壓力是硬質(zhì)合金模體非斷裂失效的主要影響因素。
關(guān)鍵詞：粉末冶金,壓制成型,硬質(zhì)合金,磨損機(jī)制,壓坯形狀
0引言
粉末冶金模壓制成型中硬質(zhì)合金模具對粉末冶金產(chǎn)品成型質(zhì)量具有重要的影響[1]，粉末冶金模一般包括模體和上、下模沖等組件。隨著市場對粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，壓制成型中硬質(zhì)合金模具的質(zhì)量要求也不斷提高。近年來，由于模具制造水平和工藝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，模具制造質(zhì)量不斷提高，但模具在使用中常會因模具組件裂紋、磨損、塑性變形等原因不能生產(chǎn)合格產(chǎn)品，導(dǎo)致模具失效[2]。一般模具失效形式為：斷裂、磨損和塑性變形三大類。
當(dāng)模具組件出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分如開裂、碎裂、崩刃、掉塊和剝落等而喪失服役能力的失效形式稱為斷裂失效[3,4]。模具各組件之間或組件與粉末冶金產(chǎn)品之間接觸并產(chǎn)生相對運動，因而使模具組件的接觸表面發(fā)生損耗，尺寸發(fā)生變化的失效形式稱為磨損失效[5]。當(dāng)模具組件某部位所受的應(yīng)力超過了當(dāng)時溫度下材料的屈服極限，導(dǎo)致晶格滑移、孿晶、晶界滑移等方式發(fā)生塑性變形的失效稱為塑性變形失效[6]。
模具組件的磨損和塑性變形失效方式屬于非斷裂失效。模具組件中模體對粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量的影響最重要且其生產(chǎn)成本最高，因此現(xiàn)主要對壓制成型中模體非斷裂失效及其影響因素進(jìn)行研究。壓制成型中模體材料應(yīng)具有高耐磨性、高強(qiáng)度以及高的抗疲勞性能，硬質(zhì)合金因具有這些性能常用來制作粉末冶金模。含Co量11%的硬質(zhì)合金YG11為常見模體的材料。
1硬質(zhì)合金模體非斷裂失效形式
為了提高粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量，防止粉末冶金產(chǎn)品壓坯密度不均勻?qū)е碌淖冃�，壓制成型工藝一般采用雙向壓制。雙向壓制成型工藝即上、下模沖均給粉末施加壓制力F1和F2，達(dá)到粉末成型的目的。對壓制成型一定數(shù)量粉末冶金產(chǎn)品的硬質(zhì)合金模體型腔進(jìn)行宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)其失效部位主要是硬質(zhì)合金模體的成型區(qū)。
硬質(zhì)合金模體的成型區(qū)發(fā)生了尺寸和形貌變化。在粉末冶金雙向壓制成型過程中，為了將松散的粉末壓制成具有一定形狀和密度的壓坯，上模沖和下模沖對粉末施加的壓力會隨著壓坯密度的增大而增大;上、下模沖到達(dá)壓制成型位置時壓坯密度達(dá)到粉末冶金產(chǎn)品成型的標(biāo)準(zhǔn)密度，此時上、下模沖對壓坯施加的壓力最大;隨后進(jìn)入脫模階段，上、下模沖對壓坯施加的壓力逐漸減小。
因此在壓制成型位置時壓坯被施加的壓力最大，硬質(zhì)合金模體失效部位為成型區(qū)。塑性變形和磨損均能使材料尺寸和形狀發(fā)生改變，但兩者產(chǎn)生原因不同：塑性變形是材料在外力作用下發(fā)生尺寸或形狀的變化;磨損是材料的表層損耗，使零件發(fā)生尺寸變化。
塑性變形會使材料的微觀晶粒形貌發(fā)生變化，其方式有晶體的滑移和孿生;磨損會使微觀晶粒斷裂從而脫落。碳化鎢晶粒受應(yīng)力作用產(chǎn)生裂紋而破碎，并從模體上脫落形成凹坑，說明模體沒有發(fā)生塑性變形，模體因碳化鎢晶粒斷裂破碎脫落而失效，可以推斷硬質(zhì)合金模體的非斷裂失效形式為磨損。
2硬質(zhì)合金模體非斷裂失效機(jī)制
硬質(zhì)合金模體非斷裂失效是磨損造成，為了研究模體失效的影響因素，先研究磨損過程中材料是如何發(fā)生損傷并從表面脫落即模體的磨損機(jī)制。磨損失效機(jī)制有五大類：粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、微動磨損、表面疲勞磨損(接觸疲勞磨損)。
從壓制成型工藝過程分析硬質(zhì)合金模體失效機(jī)制，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)合金模體失效部位主要是與粉末接觸并且是長期反復(fù)作用的模壁。粉末成型過程中，硬質(zhì)的粉末顆粒與硬質(zhì)合金模體接觸并產(chǎn)生相對運動，摩擦使模體形貌和尺寸發(fā)生變化，這符合磨料磨損即硬的磨�；蛲钩鑫飳Σ牧媳砻婺Σ粒共牧媳砻姘l(fā)生損耗的現(xiàn)象，因此磨料磨損是硬質(zhì)合金模體磨損失效機(jī)制之一。
硬質(zhì)合金YG11的主要成分是WC和Co，WC[7]具有2410MPa的高抗壓強(qiáng)度，在較高單位壓制壓力作用下WC晶粒不會發(fā)生塑性變形，更不會發(fā)生斷裂。但是WC晶粒在長期反復(fù)的表面接觸壓應(yīng)力下形成裂紋導(dǎo)致晶粒破碎。
Co在常溫下的抗壓強(qiáng)度為1220MPa，在高的單位壓制壓力作用下也不會發(fā)生塑性變形，但是在長期的表面接觸壓應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形，再加上磨料反復(fù)摩擦模壁，附帶WC破碎晶粒一起從模體上脫落，WC晶粒從模體上脫落形成了深色的小凹坑，這符合接觸疲勞磨損即材料在表面接觸壓應(yīng)力長期反復(fù)作用下所引起的表面疲勞現(xiàn)象，其損壞形式是在接觸表面出現(xiàn)許多深淺不同的針狀、痘狀凹坑或較大面積的表面壓破，因此接觸疲勞磨損是硬質(zhì)合金模體磨損失效機(jī)制之一。綜上所述硬質(zhì)合金模體非斷裂失效由磨損造成，其磨損機(jī)制為磨料磨損和接觸疲勞磨損。
3模體非斷裂失效影響因素
硬質(zhì)合金模體的非斷裂失效機(jī)制為磨料磨損和接觸疲勞磨損。根據(jù)資料記載，，根據(jù)該模型在接觸壓力P的作用下，單顆硬磨料(假設(shè)為圓錐體)壓入較軟的材料中，θ為凸出部分圓錐面與軟材料平面的夾角，當(dāng)磨料與金屬表面相對滑動L距離后，軟材料被犁出一條溝槽。
4結(jié)束語
通過對硬質(zhì)合金模體宏觀失效形貌和微觀失效機(jī)制進(jìn)行研究分析，并結(jié)合壓制成型工藝分析影響硬質(zhì)合金模體非斷裂失效的因素。研究分析結(jié)果表明：(1)粉末冶金模壓制成型中硬質(zhì)合金模體非斷裂失效形式為模體成型區(qū)磨損。(2)粉末冶金模壓制成型中硬質(zhì)合金模體非斷裂失效機(jī)制為磨料磨損和接觸疲勞磨損。(3)在模體材料、壓坯形狀和粉末性能確定的情況下，單位壓制壓力是硬質(zhì)合金模體非斷裂失效的主要影響因素。
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