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生的氧化和咬合磨損，有的情況下或有的部位還可能產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，應選擇良好的工具材料，盡量提高工作表面的耐磨性、抗粘結性和表面光潔度，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。

2．塑性變形
    當工具承受的負荷超過材料的屈服強度時，大型基本工具會產生整體的或局部的塑性變形。主要的變形形式有：擠壓筒內襯、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：工具的結構設計和尺寸設計不當，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等。為了防止或減少這種形式的失效，應選擇合適的材料和硬度，創造良好的使用條件，對工具的結構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)因受沖擊呈現粗大裂紋造成的失效或報廢現象稱之為脆性斷裂。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；結構或尺寸設計不合理，易產生附加應力或應力集中源；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，避免上壓過快或產生沖擊載荷，改進工具的結構和尺寸設計等。

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，會產生熱疲勞裂紋，同時還要承受交變的機械應力的作用。由這種交變的熱力學作用產生的裂紋統稱為熱裂。熱裂通常發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、擠壓筒內襯和擠壓墊片的表面和邊緣區域早期出現的網狀裂紋，隨后逐漸發展成為若干溝槽狀開裂的現象。

5．疲勞破壞
    在擠壓過程中，工具在反復循環應力的作用下，特別是在有應力集中源的地方會出現疲勞裂紋。由于工具斷面形狀突變或材料缺陷所造成的局部應力遠遠超過材料的疲勞強度時，在經比較少的擠壓次數后所引起的一條或數條疲勞裂紋稱為高應力疲勞破壞；工具在比較小的應力下，經多次的重復擠壓后產生的疲勞破壞稱之為低應力疲勞破壞，此時產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，工具表面的應力符號也交替變化，這就會導致熱疲勞裂紋的產生。    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，以及工具表面狀態不良等。為了防止或減少疲勞破壞，應選擇合適的材料，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。

二、穿孔系統的失效與損壞

1．縮頸和拉斷
    當穿孔針所承受的摩擦拉應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生沿縱向伸長而直徑縮小的縮頸現象。如繼續變形，穿孔針就可能被拉斷。產生縮頸、拉斷現象的原因主要是材料選擇不當或熱處理硬度過低；設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不佳而引進的摩擦拉應力或附加應力過大等。

2．彎曲失穩
    彎曲變形是細長桿件常見的失效形式。穿孔系統產生彎曲失穩的原因主要有結構和尺寸設計不合理，材料過軟，受偏心載荷和復合應力的作用等。

3．斷裂 
    斷裂是穿孔系統最常見的失效形式。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、結構設計不合理、應力高度集中等原因產生的脆性斷裂；折斷主要是由于受到非軸向的外力(如與擠壓筒、擠壓墊等產生卡、磕、碰時)而產生的斷裂；疲勞斷裂是由于穿孔針受激冷激熱的交變熱應力和時拉時壓的交變機械應力以及表面粗糙等疲勞源所引起的表面疲勞微裂紋(龜裂)不斷擴展而產生的疲勞裂紋。

4．表面劃傷、擦傷、壓坑、龜裂和磨損
    穿孔系統的前端工作部分往往因表面狀態惡化而失效。穿孔針的表面損傷和磨損不僅會惡化產品的內表面質量，而且會影響產品的尺寸精度。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力產生的，為了防止減少上述損傷，應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．螺紋聯接失效
    穿孔系統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、受過大的拉應力或沖擊應力等。為了防止或減少螺紋聯接失效，除了合理設計螺紋結構、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，往往會造成產品尺寸超差、表面品質惡化。    與所有的摩擦一樣，與高溫、高粘結性、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過跑合、穩定磨損和急劇磨損三個階段。
    在擠壓過程中經常出現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。
    根據受力狀態和相對運動的情況，擠壓模具的磨損可分為壓應力磨損和切應力磨損。壓應力磨損發生在模具與金屬坯料相互接觸又基本不出現滑動摩擦的情況下。切應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。滑動磨損在不同壓力作用下能將模具表面一定厚度的材料抓傷、轉移，磨損產物成為進一步磨損的磨料。滑動磨使用模具不斷出現新的表面，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，在表面產生拉、壓的交變熱應力，同時顯微組織也發生不同程度的轉變，在這種聯合作用下，材料發生磨損。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，表面溫升高而產生軟化現象，在高載荷，特別在沖擊載荷的作用下，會發生大量塑性變形。在磨損不大，也未出現裂紋的情況下，因不能保證產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，工作帶壓塌或產生橢圓度而使產品形狀畸變，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，表面金屬會出現塑性的壓縮變形和塑性的拉伸應變。當模具局部應變超過彈性的極限并進入塑性應變區域時，微小塑性應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的的溝紋、顯微缺陷等。疲勞裂紋一旦形成，它們將繼續在機械應力和熱應力作用下不斷增長，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、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，應選擇合適的材料和采用適宜的熱處理制度，同時，應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。產生脆斷的主要原因是材料本身較脆或內部有缺陷，存在脆性化合物；熱處理硬度高；模腔形狀或模具結構易產生應力集中；表面狀態不良等。韌性斷裂時，在斷裂前會發生微觀和宏觀的塑性變形，斷口無光澤、呈灰暗色纖維狀。產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力和反復變化的熱應力引起的。