一、大型基本工具的失效與損壞

    下面主要討論擠壓筒、擠壓軸和擠壓墊片的失效與損壞的方式和原因。
1．磨損
    大型基本工具的磨損以擠壓筒內(nèi)襯和擠壓墊片的工作部分的磨損較為嚴重。用3Cr2W8V、4Cr5MoSiVl或5CrNiMo鋼制造的擠壓筒內(nèi)套，一般在擠壓幾百個到幾千個坯料之后，其磨損可達1 mm左右，擠壓墊片的工作帶也因反復滑移和擠壓，致使表面磨損而失效。引起磨損失效的主要原因有熱的和機械力的作用，也有因滑動磨擦而產(chǎn)生的氧化和咬合磨損，有的情況下或有的部位還可能產(chǎn)生磨料磨損和接觸疲勞磨損。
    磨損在熱擠壓過程中是無法完全避免的，它屬于一種正常的失效方式。為了減少磨損，應(yīng)選擇良好的工具材料，盡量提高工作表面的耐磨性、抗粘結(jié)性和表面光潔度，同時要保持良好的使用條件，其中包括良好的熱力學和力學條件及潤滑狀態(tài)。

2．塑性變形
    當工具承受的負荷超過材料的屈服強度時，大型基本工具會產(chǎn)生整體的或局部的塑性變形。主要的變形形式有：擠壓筒內(nèi)襯、中襯或外襯鼓大肚(即中部直徑比兩端直徑因塑性變形鼓大l mm以上)，擠壓筒端部壓塌，擠壓墊片鐓粗或局部壓塌，擠壓軸彎曲變形和前端部分鐓粗或局部鐓粗，穿孔針彎曲變形或被拉細等。
    因塑性變形而使工具失效的原因主要有：工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸設(shè)計不當，材料選擇不合理，熱處理后的硬度過低，使用溫度過高，悶車，過大的附加載荷或其他不合理的狀態(tài)等。為了防止或減少這種形式的失效，應(yīng)選擇合適的材料和硬度，創(chuàng)造良好的使用條件，對工具的結(jié)構(gòu)尺寸進行精確的強度校對。

3．脆性斷裂(機械斷裂)
    工具(如擠壓軸前端、擠壓墊片等)因受沖擊呈現(xiàn)粗大裂紋造成的失效或報廢現(xiàn)象稱之為脆性斷裂。脆性斷口無明顯的宏觀塑性變形，可以是穿晶的，也可以沿晶間進行。產(chǎn)生脆性斷裂的原因主要有：工具材料中存在缺陷；熱處理硬度過高；預熱不充分；結(jié)構(gòu)或尺寸設(shè)計不合理，易產(chǎn)生附加應(yīng)力或應(yīng)力集中源；上壓不均或使用條件不當；工具的對中性差等。大型基本工具在擠壓時常見的脆性斷裂形式有：擠壓軸的縱裂、端部開裂和尾部過渡處的斜裂、擠壓墊片的早期脆斷、擠壓筒縱向開裂和端部裂紋等，防止或減少脆性裂斷的方法主要是選擇合適的材料，采用最佳的熱處理工藝以獲得均勻而適中的硬度，改善工具的使用條件，避免上壓過快或產(chǎn)生沖擊載荷，改進工具的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計等。

4．熱裂
    在熱擠壓過程中，由于工具反復加熱和冷卻，受激冷激熱的作用，會產(chǎn)生熱疲勞裂紋，同時還要承受交變的機械應(yīng)力的作用。由這種交變的熱力學作用產(chǎn)生的裂紋統(tǒng)稱為熱裂。熱裂通常發(fā)生在冷熱變化較大和受力較大部位，尤其是在尖角、溝槽處首先產(chǎn)生裂紋，然后擴展，從而導致整個工具開裂報廢。常見的熱裂有由擠壓軸、擠壓筒內(nèi)襯和擠壓墊片的表面和邊緣區(qū)域早期出現(xiàn)的網(wǎng)狀裂紋，隨后逐漸發(fā)展成為若干溝槽狀開裂的現(xiàn)象。

5．疲勞破壞
    在擠壓過程中，工具在反復循環(huán)應(yīng)力的作用下，特別是在有應(yīng)力集中源的地方會出現(xiàn)疲勞裂紋。由于工具斷面形狀突變或材料缺陷所造成的局部應(yīng)力遠遠超過材料的疲勞強度時，在經(jīng)比較少的擠壓次數(shù)后所引起的一條或數(shù)條疲勞裂紋稱為高應(yīng)力疲勞破壞；工具在比較小的應(yīng)力下，經(jīng)多次的重復擠壓后產(chǎn)生的疲勞破壞稱之為低應(yīng)力疲勞破壞，此時產(chǎn)生的部分和突然斷裂部分，前者呈貝殼狀，后者是凸凹不平的粗糙部分。當作用力較大，應(yīng)力集中又很嚴重時，斷裂面可能有很多裂紋源，由于各裂紋源引起的疲勞破壞部分相互重疊，使得整個疲勞破壞部分變得凸凹不平，同時，貝殼狀也會變得明顯。
    在冷、熱擠壓中，大型基本工具，特別是擠壓筒內(nèi)襯和擠壓墊片受激冷激熱的作用，在這種冷、熱交替的作用下，工具表面的應(yīng)力符號也交替變化，這就會導致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。    疲勞破壞的形式主要有：擠壓工具的表面龜裂，橫向斷裂，擠壓筒端部的掉塊，擠壓墊片缺角和擠壓軸端部缺損等。影響疲勞破壞的因素主要有：材料的沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強度過低；硬度不均或過高；使用的熱力學條件不佳，以及工具表面狀態(tài)不良等。為了防止或減少疲勞破壞，應(yīng)選擇合適的材料，采用合理的鍛造與熱處理工藝，改善工具的使用條件和表面狀態(tài)。

二、穿孔系統(tǒng)的失效與損壞

1．縮頸和拉斷
    當穿孔針所承受的摩擦拉應(yīng)力超過工具材料在工作溫度下的屈服強度時，就會因塑性變形而產(chǎn)生沿縱向伸長而直徑縮小的縮頸現(xiàn)象。如繼續(xù)變形，穿孔針就可能被拉斷。產(chǎn)生縮頸、拉斷現(xiàn)象的原因主要是材料選擇不當或熱處理硬度過低；設(shè)計尺寸過小或許用強度偏低；使用溫度過高；潤滑條件不良或表面狀態(tài)不佳而引進的摩擦拉應(yīng)力或附加應(yīng)力過大等。

2．彎曲失穩(wěn)
    彎曲變形是細長桿件常見的失效形式。穿孔系統(tǒng)產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)的原因主要有結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計不合理，材料過軟，受偏心載荷和復合應(yīng)力的作用等。

3．斷裂 
    斷裂是穿孔系統(tǒng)最常見的失效形式。有脆斷、折斷、疲勞斷裂等。脆斷主要由于材料中存在缺陷或熱處理硬度過高、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、應(yīng)力高度集中等原因產(chǎn)生的脆性斷裂；折斷主要是由于受到非軸向的外力(如與擠壓筒、擠壓墊等產(chǎn)生卡、磕、碰時)而產(chǎn)生的斷裂；疲勞斷裂是由于穿孔針受激冷激熱的交變熱應(yīng)力和時拉時壓的交變機械應(yīng)力以及表面粗糙等疲勞源所引起的表面疲勞微裂紋(龜裂)不斷擴展而產(chǎn)生的疲勞裂紋。

4．表面劃傷、擦傷、壓坑、龜裂和磨損
    穿孔系統(tǒng)的前端工作部分往往因表面狀態(tài)惡化而失效。穿孔針的表面損傷和磨損不僅會惡化產(chǎn)品的內(nèi)表面質(zhì)量，而且會影響產(chǎn)品的尺寸精度。表面劃傷、擦傷和磨損主要是由于在高溫下穿孔針與流變金屬之間產(chǎn)生的多次反復的強烈滑動摩擦引起的；表面龜裂則是由于冷熱交變和拉壓交變所引起的疲勞應(yīng)力產(chǎn)生的，為了防止減少上述損傷，應(yīng)特別注意改善使用條件，采用良好的潤滑冷卻，提高變形金屬的純度，提高工具的表面粗糙度和表面硬度等。

5．螺紋聯(lián)接失效
    穿孔系統(tǒng)往往因螺紋部分脫扣、斷裂而失效，也可能因塑性變形、局部壓塌、咬合分離不開而損壞。有時，還因多次磨損不能緊固，造成嚴重偏心而報廢。脆性破斷的主要原因是硬度過高、應(yīng)力集中、偏心嚴重或受力不均；塑性破損的主要原因是材料過軟、受過大的拉應(yīng)力或沖擊應(yīng)力等。為了防止或減少螺紋聯(lián)接失效，除了合理設(shè)計螺紋結(jié)構(gòu)、選擇合適的公差和材料，尚需改善使用條件、減少偏心、防止沖擊、避免應(yīng)力集中。

三、模具的失效與損壞

1．磨損
    磨損是擠壓模具的主要失效形式。因為磨損，往往會造成產(chǎn)品尺寸超差、表面品質(zhì)惡化。    與所有的摩擦一樣，與高溫、高粘結(jié)性、高流動速度的金屬相接觸的模子端面、工作帶、焊合腔和分流孔部分的磨損通常要經(jīng)過跑合、穩(wěn)定磨損和急劇磨損三個階段。
    在擠壓過程中經(jīng)常出現(xiàn)的磨損方式為熱疲勞磨損和機械磨損(擦傷、劃傷等)，此外，還伴隨著腐蝕磨損(氧化磨損)、磨料磨損(冷金屬顆粒、脆硬化合物或其他外來磨料)等。
    根據(jù)受力狀態(tài)和相對運動的情況，擠壓模具的磨損可分為壓應(yīng)力磨損和切應(yīng)力磨損。壓應(yīng)力磨損發(fā)生在模具與金屬坯料相互接觸又基本不出現(xiàn)滑動摩擦的情況下。切應(yīng)力磨損屬于滑動磨損，也稱之為擦傷，是擠壓模中常見的一種損磨形式?；瑒幽p在不同壓力作用下能將模具表面一定厚度的材料抓傷、轉(zhuǎn)移，磨損產(chǎn)物成為進一步磨損的磨料?；瑒幽ナ褂媚＞卟粩喑霈F(xiàn)新的表面，促進了表面的腐蝕，加速模具的損耗。有時，滑動磨損還在模具表面的不同部位利用模具材料和模具表面狀態(tài)的不均勻性(如表面缺陷、碳化物不均等)有選擇地磨損。
    此外，擠壓模具表面承受反復加熱、冷卻的溫度變化，在表面產(chǎn)生拉、壓的交變熱應(yīng)力，同時顯微組織也發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變，在這種聯(lián)合作用下，材料發(fā)生磨損。熱疲勞磨損的破壞過程包括摩擦表面的擦傷、粘著、塑性變形、擴散磨損和熱疲勞裂紋。
    在擠壓模具中，常見磨損造成的失效形式有壓坑、麻面、粗糙、擦傷、劃傷、粘著、尺寸超差等。
2．塑性變形
    由于熱模具與高溫、高靜水壓力、高摩擦的金屬接觸，表面溫升高而產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，在高載荷，特別在沖擊載荷的作用下，會發(fā)生大量塑性變形。在磨損不大，也未出現(xiàn)裂紋的情況下，因不能保證產(chǎn)品的尺寸精度而失效。常見的因塑性變形而失效的形式有：分流模壓塌、舌頭或模芯縮頸或拉斷，工作帶壓塌或產(chǎn)生橢圓度而使產(chǎn)品形狀畸變，尺寸精度超差等。
3．疲勞破壞
    熱疲勞裂紋是模具失效的最常見的形式之一。當熱金屬與模具表面接觸時，表面金屬會出現(xiàn)塑性的壓縮變形和塑性的拉伸應(yīng)變。當模具局部應(yīng)變超過彈性的極限并進入塑性應(yīng)變區(qū)域時，微小塑性應(yīng)變的逐漸積累可能形成疲勞裂紋(或龜裂)。一般認為熱疲勞裂紋源是因磨損而出現(xiàn)的的溝紋、顯微缺陷等。疲勞裂紋一旦形成，它們將繼續(xù)在機械應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下不斷增長，而且氧化過程的強化以及熱金屬的楔人都會加速裂紋擴展。影響熱疲勞性能的主要因素是導熱系數(shù)、高溫下的屈服強度和韌性，因此，為防止或減少模具的疲勞損壞，應(yīng)選擇合適的材料和采用適宜的熱處理制度，同時，應(yīng)注意改善模具的使用條件。

4．裂紋
    常見的模具斷裂形式有：平面模和分流組合模的下模沿型孔尖角處裂開；模芯橫斷、縱裂；分流橋彎斷等。
    模具的斷裂也分為脆性斷裂、韌性斷裂和疲勞斷裂。脆性斷裂的斷口光滑，無明顯的宏觀塑性變形。產(chǎn)生脆斷的主要原因是材料本身較脆或內(nèi)部有缺陷，存在脆性化合物；熱處理硬度高；模腔形狀或模具結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生應(yīng)力集中；表面狀態(tài)不良等。韌性斷裂時，在斷裂前會發(fā)生微觀和宏觀的塑性變形，斷口無光澤、呈灰暗色纖維狀。產(chǎn)生韌斷的主要原因是材料過軟或工作溫度過高，悶車時間過長，或承受的負荷過大等。疲勞裂紋常常表現(xiàn)為模具表面龜裂，然后聚集擴展形成斷裂，主要是由于反復變化的拉壓應(yīng)力和反復變化的熱應(yīng)力引起的。