按照磨損機(jī)理，磨損包括磨粒磨損、粘著磨損、疲勞（含冷熱疲勞和機(jī)械疲勞）磨損、氧化（腐蝕或化學(xué)）磨損。研究鍛模的失效是要找到失效的根本原因，采取預(yù)防措施，盡量避免早期和偶然失效，延長正常失效的時(shí)間。

根據(jù)模具的磨損形式，典型的鍛模正常失效類型主要有：磨蝕、熱疲勞裂紋、機(jī)械疲勞裂紋、粘著和塑性變形。當(dāng)然，還有脆性斷裂損壞，那是由于不正常操作或鍛模先天質(zhì)量不合格造成的，屬于非正常破壞，屬于早期失效或偶然失效。

1）磨蝕

在模鍛加載過程中，模膛表面與熱坯料的熱傳導(dǎo)加劇、金屬流動(dòng)與模膛表面摩擦產(chǎn)生巨大的熱效應(yīng)，在二者的共同作用下，會(huì)引起很高的瞬時(shí)溫升，產(chǎn)生氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)所形成的氧化膜在鍛造載荷和金屬流動(dòng)沖刷作用下會(huì)剝落，成為磨粒。如果模膛表面的瞬時(shí)溫升使模具材料軟化或熔融時(shí)，沿模膛表面流動(dòng)的金屬就會(huì)將模具的已軟化或熔融部位沖刷起皺、加速腐蝕，形成凹坑。

模具在正常使用情況下，在高溫、高壓條件下的模膛表面，由于氧化皮、潤滑劑中的硬質(zhì)顆粒及其他固體顆粒等隨金屬流動(dòng)的沖刷以及環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，引起模具表面機(jī)械磨損、氧化、腐蝕和熔融，這些統(tǒng)稱為磨蝕。磨蝕大多以較緩慢的速度進(jìn)行，但它是鍛模最覺的損壞形式，其主要特征是外圓角和棱角半徑增大、平面下凹或出現(xiàn)凹坑、表面溝痕、剝落和粘模等。

（1）熱鍛模具模膛表面各部位的摩擦和磨損主要取決于相應(yīng)部位的受力狀態(tài)、幾何形狀和表面粗糙度等。根據(jù)各部位所受的負(fù)荷和金屬流動(dòng)特征，模膛表面大致可分為三個(gè)區(qū)域：壓（應(yīng)）力區(qū)（無滑移區(qū)或死區(qū)）、剪切（應(yīng)力）區(qū)（滑移區(qū)）和過渡區(qū)（微滑移區(qū)）。

①壓（應(yīng)）力區(qū)或稱無滑移區(qū)。坯料相對(duì)于模膛表面基本不流動(dòng)，模膛主要承受壓應(yīng)力的作用，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于鐓粗工序的死區(qū)。該區(qū)域的中心部位可能產(chǎn)生極高的壓應(yīng)力，可能將模膛表面局部壓凹，也可能發(fā)生坯料與模膛粘結(jié)，在模鍛鈦合金和鋁合金鍛件時(shí)，這種坯料粘結(jié)在模膛上的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在壓應(yīng)力的作用下，模膛表面不斷粗糙化，逐漸形成點(diǎn)狀抗穴，最后擴(kuò)展為網(wǎng)狀的壓痕。

②剪切（應(yīng)力）區(qū)哉稱滑移區(qū)。坯料相對(duì)于模膛表面劇烈流動(dòng)，模膛承受坯料流動(dòng)形成的剪切應(yīng)用作用，此外也還承受壓應(yīng)力的作用，該區(qū)的受力狀態(tài)相當(dāng)于鐓粗工序的最大變形區(qū)。該區(qū)（特別是模膛表面已因回火而軟化的部位）在金屬流動(dòng)的沖刷作用下，將模膛表面拉傷，形成與金屬滑移方向一致的溝槽。

③過渡區(qū)或稱微滑移區(qū)。一般位于滑移區(qū)和死區(qū)之間。其受力狀態(tài)和磨蝕特征都介于二者之間。其磨蝕特征是在金屬滑移方向形成具有橢圓形凹坑的間斷溝槽。

（2）熱鍛模的機(jī)械磨損和腐蝕、熔融磨損出現(xiàn)的部位的狀態(tài)。機(jī)械磨損和氧化磨損主要導(dǎo)致模膛尺寸和形狀發(fā)生變化，最終使模具的外圓磨鈍和模膛側(cè)壁擴(kuò)展致使模報(bào)廢；而腐蝕和熔融主要影響模膛表面質(zhì)量，使鍛模形成嚴(yán)重折皺和凹坑而無法修理，造成報(bào)廢。

2）粘著

當(dāng)鍛造潤滑不充分時(shí)，工件和模具的相對(duì)滑動(dòng)表面在摩擦力的作用下，氧化膜破裂，新鮮金屬表面裸露出來，在分子力的作用下，兩個(gè)表面發(fā)生焊合。若變形蓮荷不能克服焊點(diǎn)的結(jié)合力，工件將粘附在模具上；若變形載荷能夠克服焊點(diǎn)的結(jié)合力，工件將被撕裂，部分工件金屬粘附在模具上。按照磨損機(jī)理，粘著是磨損的一種形式。

化學(xué)性質(zhì)活潑（如鋁和鈦等）和互溶性強(qiáng)的金屬粘著性大。熱穩(wěn)定性低和內(nèi)應(yīng)力大的顯微組織粘著性大。載荷大、溫度高和滑動(dòng)速度快的變形粘著性大。此外，環(huán)境介質(zhì)對(duì)粘著性也有影響。

3）機(jī)械疲勞裂紋

（1）機(jī)械疲勞裂紋及其形貌：鍛模在長期連續(xù)使用過程中，由于脈沖負(fù)荷的作用，在應(yīng)力最高的薄弱部位逐漸疲勞，萌生微裂紋。微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展成為機(jī)械疲勞裂紋，繼續(xù)使用該模具，裂紋變得越來越大，最后模具突然斷裂破壞。

疲勞裂紋總是從模具表面和內(nèi)部的缺陷處開始的，當(dāng)模具內(nèi)部受力不均勻，局部區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，在循環(huán)載荷的反復(fù)作用下，應(yīng)力集中處最先萌生裂紋，在連續(xù)使用過程中，裂紋擴(kuò)展，最后引起斷裂。當(dāng)模具材料的斷裂韌性高可有效防止裂紋萌生及降低裂紋擴(kuò)展速率，從而減少疲勞斷裂失效。

（2）常見機(jī)械疲勞裂紋的產(chǎn)生部位：機(jī)械疲勞裂紋一般首先出現(xiàn)在模膛表面，產(chǎn)生的部位因模膛的結(jié)構(gòu)而異。當(dāng)模膛表面存在冶金缺陷或機(jī)械損傷時(shí)，由于應(yīng)力集中使機(jī)械疲勞提前發(fā)生，例如在模具尺寸過渡（圓角、尖角、凹模）處、刀痕、磨損溝痕和材料冶金缺陷（夾雜、嚴(yán)重偏析）處。在載荷的作用下，當(dāng)這些部位的應(yīng)力超過材料疲勞極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械疲勞裂紋。在模具疲勞裂紋引起的失效中，錘鍛模比機(jī)械壓力機(jī)模具多30%左右。

疲勞裂紋易發(fā)生在模膛底部承受較大彎曲力矩的拐角部位，其伸展方向與鍛擊方向呈45^。，對(duì)于圓截面模膛側(cè)壁，疲勞裂紋也易產(chǎn)生在深而窄的模膛底部及凸緣根部，因應(yīng)力集中和受彎曲力矩而形成沿凸緣根部伸展。因?yàn)榍�軸的形狀結(jié)構(gòu)決定金屬在填充模膛過程中首先要進(jìn)行軸向流動(dòng)，即向長度方向運(yùn)動(dòng)，使模膛的凸緣部位反復(fù)推拉運(yùn)動(dòng)，在巨大的彎矩作用下，凸緣根部勢(shì)必產(chǎn)生疲勞，形成疲勞裂紋。當(dāng)長期作用在凸緣根部的力矩超過模具的疲勞極限時(shí)，根部開始開裂，嚴(yán)重時(shí)可使凸緣連根拔掉，疲勞裂紋也是曲軸模具失效最常見的形式之一。

4）冷熱疲勞裂紋

冷熱疲勞裂紋包括冷熱疲勞引起的冷熱疲勞裂紋和相變引起的相變裂紋。冷熱疲勞裂紋以網(wǎng)狀的形式出現(xiàn)，也有呈放射狀、平行狀等細(xì)小裂紋或局部崩裂形式出現(xiàn)，也稱“龜裂”，冷熱疲勞裂紋經(jīng)常是產(chǎn)生折皺的前奏。產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋的主要原因是模鍛過程中坯料在加載狀態(tài)與模膛的接觸時(shí)間過長和模具預(yù)熱和冷卻不當(dāng)。“龜裂”多數(shù)出現(xiàn)在模膛中變形金屬流動(dòng)緩慢的部位。模具正常損壞報(bào)廢時(shí)，其表面均有微小的網(wǎng)狀裂紋（龜裂）。

5）塑性變形

模具在生產(chǎn)過程中承受有大的不均勻應(yīng)用，當(dāng)模具的某個(gè)部位的應(yīng)用超過當(dāng)時(shí)溫度下模具材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，則發(fā)生塑性變形，從而改變模具的幾何形狀或尺寸，造成模具失效。

在熱負(fù)荷反復(fù)作用下，模膛表面會(huì)發(fā)生回火，硬度降低，在鍛造載荷的作用下，模膛的變形金屬高速流動(dòng)的部位被劇烈的摩擦熱效應(yīng)進(jìn)一步軟化，或模膛某部位在高溫金屬包圍中而軟化，如曲軸模膛中的凸緣，會(huì)產(chǎn)生局部區(qū)域的塑性變形，常見于模膛塌陷、模膛側(cè)壁擴(kuò)展、凸臺(tái)和棱角倒塌等。

此外，在模鍛過程中，如果模具鋼強(qiáng)度不足，也會(huì)使模壁產(chǎn)生塑性變形或模具承擊面積太小而產(chǎn)生塌陷，深擠壓沖頭在高溫金屬包圍下易軟化，并在擠壓時(shí)產(chǎn)生彎曲變形。

6）脆性斷裂

脆性斷裂是以模塊折斷、劈裂和脆裂等形式出現(xiàn)，一般是由于坯料溫度過低、無鍛件空擊、鍛模預(yù)熱溫度過低（尤其是冬季）和鍛模安裝不當(dāng)?shù)炔僮鞑划?dāng)以及模具材質(zhì)低劣、模膛表面應(yīng)力集中等原因造成的。

當(dāng)模塊出現(xiàn)過熱、過燒、回火不足、內(nèi)應(yīng)力過大、材質(zhì)存在嚴(yán)重冶金缺陷（如組織不均勻，嚴(yán)重成分偏析、夾渣、淬透性差或模塊鍛造比小，未能揉碎碳化物）、大型錘鍛模內(nèi)部存在殘余應(yīng)力時(shí)韌性不足、模膛內(nèi)內(nèi)圓角過小、模膛表面有刀痕或表面粗糙時(shí)，都能造成應(yīng)力集中，即使在正常操作和較小的機(jī)械負(fù)荷情況下，也可能造成鍛模脆性破裂。

例如，某鍛造公司新制造的16MN摩擦壓力機(jī)模架，墊板厚度60mm，材料5CrNiMo，上面有12mm深的十字鍵模，還有四條開通的緊固模具的梯形模，使用一個(gè)月后即發(fā)生脆性斷裂。經(jīng)檢測(cè)是材料的鎳含量低，且硬度過高（52HRC）所致。眾所周知，5CrNiMo硬度大于48HRC時(shí)，沖擊韌性ak值下降很快，這是造成墊板脆性斷裂的原因。后來，按原設(shè)計(jì)圖紙制造的新墊板（圖形相同，化學(xué)成分合格，硬度45HRC～47HRC），即達(dá)到正常使用要求。

再如，某鍛造公司每年有幾十套鍛模的十字鍵槽斷裂，其原因是十字鍵槽的內(nèi)圓角太小（R2mm）產(chǎn)生應(yīng)力集中而造成的。十字鍵槽的內(nèi)圓角太小，若有刀痕或粗糙度高，再加上模具預(yù)熱溫度低或不均勻，極易造成模具斷裂。

必須指出，上述熱鍛模具的每種失效模式（磨蝕、熱疲勞裂紋、機(jī)械疲勞裂紋、粘著和塑性變形）并不是單獨(dú)發(fā)生、發(fā)展而孤立存在的，而是由于熱鍛模具的工作條件十分復(fù)雜，在一副模具上往往出現(xiàn)多種形式的損傷。這些損傷往往相互作用與促進(jìn)，會(huì)加速鍛模的失效過程。例如，磨蝕的溝痕既可以成為機(jī)械疲勞斷裂的裂紋源，加速疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，也可以由于應(yīng)力集中成為脆性斷裂的起點(diǎn)。再如，冷熱疲勞裂紋或機(jī)械疲勞裂紋也會(huì)加速鍛模的磨蝕和脆性斷裂。