級(jí)進(jìn)模是精密沖壓模具的代表。其高速、高效、高精度的特點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于精密微電子零件的生產(chǎn)制造，越來(lái)越多的中大型零件也采用精密級(jí)進(jìn)模制造。然而，這種高速、高精度、小型和大量的工作要求也對(duì)模具的強(qiáng)度和耐磨性提出了挑戰(zhàn)。模具磨損會(huì)降低產(chǎn)品精度和模具壽命。停機(jī)磨削或模具斷裂會(huì)耽誤工時(shí)，降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。因此，提高模具強(qiáng)度和耐磨性意味著降低成本，提高生產(chǎn)效率。

模具材料是決定模具強(qiáng)度和耐磨性的主要因素。模具失效的原因有很多，包括模具結(jié)構(gòu)、模具加工工藝和模具工作條件，但歸根結(jié)底，導(dǎo)致模具磨損和斷裂失效的直接因素是材料本身的強(qiáng)度和韌性。硬質(zhì)合金材料因其高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性而被廣泛用于精密級(jí)進(jìn)模。隨著精密級(jí)進(jìn)模沖壓速度、沖壓精度和模具壽命的提高，人們對(duì)硬質(zhì)合金材料的要求也越來(lái)越高。

國(guó)內(nèi)外研究人員正從多個(gè)角度研究硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模的磨損失效機(jī)理、原因及耐磨措施。他們大多從外部宏觀因素模具失效的角度研究硬質(zhì)合金分級(jí)。

本文通過(guò)金相試驗(yàn)，結(jié)合材料本身的性能，從微觀角度研究了wc2co硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模斷裂失效的原因。

wc2co硬質(zhì)合金的研究

Wc2co硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和結(jié)合金屬鈷通過(guò)粉末冶金法制成的復(fù)合材料。鈷是鐵族元素之一。它是一種用于制造硬質(zhì)合金的硬質(zhì)合金。由于CO對(duì)硬質(zhì)相WC具有良好的潤(rùn)滑性和附著力，以及硬質(zhì)相WC在CO中的溶解度大，wc2co硬質(zhì)合金具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨等優(yōu)良性能。硬質(zhì)合金的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于各個(gè)單一成分的強(qiáng)度。對(duì)于這一現(xiàn)象，很多學(xué)者進(jìn)行了非常深入的研究，并提出了一些我們基本認(rèn)同的理論解釋。

德國(guó)Dawihl等學(xué)者提出了硬質(zhì)合金骨架理論及其改性骨架理論。他們認(rèn)為，在硬質(zhì)合金壓塊燒結(jié)過(guò)程中，碳化物顆粒形成相互連接的骨料骨架，骨架間隙中充滿(mǎn)了相互滲透的鍵合相Co。硬質(zhì)合金的性能是由co相強(qiáng)化的碳化物骨架造成的。骨架理論還認(rèn)為，當(dāng)碳化物骨架的強(qiáng)度足夠時(shí)，

CO相分布越均勻，合金的抗斷裂能力越高；當(dāng)局部co相脫落時(shí)，硬質(zhì)相的骨架容易被破壞，合金強(qiáng)度降低。因此，CO相的含量和分布對(duì)硬質(zhì)合金的性能有重要影響。

格蘭德等人。提出了薄膜理論，認(rèn)為碳化物顆粒被連續(xù)的鈷薄膜包圍，鈷薄膜將對(duì)高相鄰碳化物晶粒的強(qiáng)度起重要作用。我國(guó)提出的粒子增強(qiáng)理論認(rèn)為，硬質(zhì)合金和鈷材料的理論強(qiáng)度實(shí)際上很高。只是因?yàn)椴牧现写嬖诖罅苛鸭y缺陷，導(dǎo)致材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度。但是，當(dāng)兩種材料的粒徑減小到一定程度，混合均勻后，兩組出現(xiàn)裂紋缺陷的概率就會(huì)增加一倍，兩組的實(shí)際強(qiáng)度可以大大提高。因此，只要控制WC晶粒和Co層的分布和粒徑，就可以充分發(fā)揮構(gòu)件的理論強(qiáng)度。因此，不符合復(fù)合概念的結(jié)構(gòu)缺陷，如粗大的碳化物晶粒、CO 池和 CO 的局部損失，都會(huì)影響顆粒增強(qiáng)的發(fā)揮，

硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和其他性能降低。從以上理論研究可以看出，CO相材料的含量和分布均勻性對(duì)wc2co硬質(zhì)合金材料的強(qiáng)度有重要影響。當(dāng)共相材料損壞或部分缺失或部分堆積時(shí)，硬質(zhì)合金的強(qiáng)度也會(huì)受到損害。

折斷沖頭金相檢驗(yàn)

本研究以高速?zèng)_裁后正常磨損下的沖頭斷裂為例。樣品來(lái)自深圳一家精密零件制造公司，沖頭材料為硬質(zhì)合金cd750。在 l EO 1530vp 電子

用掃描顯微鏡和inca300能譜儀觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)和成分。圖1是斷沖頭的形貌。從圖中可以看出，凹模斷口不均勻，顯示凹模側(cè)面的圓角。磨損非常嚴(yán)重。

圖1 沖頭斷口形貌

圖2為斷口中心部位顯微組織圖，塊狀WC顆粒堆積緊密有序，棱角清晰；由于模具工作時(shí)中心部分不受磨損和潤(rùn)滑劑腐蝕的影響，本研究認(rèn)為中心部分的組織結(jié)構(gòu)和成分與原始材料完全相同。

圖2 斷口中心部位顯微組織

大多數(shù)硬質(zhì)合金精密級(jí)進(jìn)模都經(jīng)過(guò)磨削。圖 3 顯示了模具的工作表面。與圖2所示的基材相比，可以看到明顯的磨痕。 WC塊的鋒利棱角磨平，表面平整。

圖3 模具工作面

圖 4 為模具斷口處模具工作面的顯微組織。圖中，WC塊的磨削痕跡大大減少，而WC塊脫落的痕跡（橢圓框內(nèi)部分）非常明顯，導(dǎo)致WC塊內(nèi)部未磨削而露出，工作面模具不均勻，邊界模糊。

圖4 模具斷口表面顯微組織

圖5為圖2所示斷口中心部位的能譜分析結(jié)果，圖6為圖4所示斷口處模具工作面的能譜分析結(jié)果。能譜峰值，可以發(fā)現(xiàn)模具工作面部分的W組分峰值明顯高于中心部分，而CO組分的峰值低于中心部分。兩組分含量值的相對(duì)檢測(cè)還發(fā)現(xiàn)，在裂縫中部，W含量占75%，CO含量占25%；在斷口處模具工作面上，W的含量為91.93%，而CO的含量?jī)H為8.07%。由于中心部分的顯微組織和成分與原始材料完全相同，可以說(shuō)明斷裂處模具工作面上的鍵合相CO含量較原始材料明顯減少。硬質(zhì)合金材料。

圖5 模具工作面斷裂處的峰值能譜檢測(cè)

圖 6 裂縫中心能譜檢測(cè)峰值

 斷裂分析

模具斷裂的直接原因是材料的強(qiáng)度和韌性不足。從前人對(duì)wc2co硬質(zhì)合金性能的研究可知，硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性很大程度上取決于CO的含量和結(jié)合條件。

在斷口凸紋部位，表面磨損導(dǎo)致Co元素?fù)p失，CO組分含量明顯降低。 CO的損失破壞了WC硬相骨架的連續(xù)性，WC塊的鍵合狀態(tài)隨之發(fā)生變化。當(dāng)表面WC塊體周?chē)鶦O相的損失達(dá)到一定程度時(shí)，CO相對(duì)于WC顆粒的結(jié)合和復(fù)合增強(qiáng)作用將大大減弱甚至消失，導(dǎo)致WC顆粒從材料基體上脫落并在表面形成凹坑。模具表面，同時(shí)模具內(nèi)部未經(jīng)研磨的WC塊也暴露出來(lái)，破壞了原有的硬相骨架結(jié)構(gòu)；具有鋒利棱角的外露WC塊降低了硬質(zhì)合金的耐磨性，加速了硬質(zhì)合金的磨損；這也進(jìn)一步加速了Co的損失。CO和WC顆粒的脫落循環(huán)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致該部位材料的韌性和強(qiáng)度降低，直至達(dá)到極限，因此模具在該處斷裂。

結(jié)論

觀察斷口處模具工作面的微觀形貌，并與原始材料形貌和模具原始磨削工作面進(jìn)行比較；通過(guò)EDS比較了斷口處模具工作面與原始硬質(zhì)合金材料CO和W的成分差異，得出以下結(jié)論：

(1)CO相元素的含量和分布均勻性對(duì)wc2co硬質(zhì)合金的性能有重要影響。 CO的損失會(huì)直接導(dǎo)致wc2co硬質(zhì)合金性能下降。

(2)在高速?zèng)_裁過(guò)程中，硬質(zhì)合金模具磨損后，因CO、WC顆粒脫落，模具表面凹凸不平，骨架結(jié)構(gòu)受損。

(3)在高速?zèng)_裁條件下，模具磨損表明Co元素含量顯著降低，CO對(duì)WC硬質(zhì)相的結(jié)合和復(fù)合強(qiáng)化作用減弱，降低了模具的強(qiáng)度和韌性。材料，加速材料磨損，導(dǎo)致模具斷裂。