模具（jù）鋼淬火裂紋分析與預防措施10例
模具鋼（gāng）熱處理中，淬火是常見工（gōng）序。然而，因種種原因，有時難（nán）免會產生淬（cuì）火裂紋（wén），致使前功盡棄。分析裂紋產生（shēng）原因，進（jìn）而（ér）采（cǎi）取（qǔ）相應（yīng）預防（fáng）措施，具（jù）有顯著的技術經濟效益（yì）。常見淬火裂紋有（yǒu）以下10類型。 1、縱向裂紋 裂紋呈軸（zhóu）向（xiàng），形狀細而長。當（dāng）模具完全淬透（tòu）即無心淬火時，心部轉變為比容***大的淬火馬氏體,產生切向拉應（yīng）力，模具鋼的含碳量愈高，產生的切向拉應力愈大，當拉應力大於該鋼強（qiáng）度極限時（shí）導致縱向裂紋形成。以（yǐ）下因素又加劇了縱向裂紋的產生： (1)鋼中含有較多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有害雜質，鋼錠軋製時沿軋製方向呈縱向嚴（yán）重偏析分布，易（yì）產生應力（lì）集中形成縱向淬火裂紋，或原材料（liào）軋製後快冷（lěng）形（xíng）成的縱向裂紋（wén）未加工掉保留在產品中導致***終淬火裂紋擴大形成（chéng）縱向裂紋； (2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感（gǎn）尺寸範圍內(碳（tàn）工具鋼淬裂危險尺寸為8-15mm，中低合（hé）金鋼危險尺（chǐ）寸為（wéi）25-40mm)或選擇的淬火冷卻（què）介質大大超過該鋼的臨界淬（cuì）火冷（lěng）卻速度時均易（yì）形成（chéng）縱向裂（liè）紋。 預防（fáng）措施： (1)嚴（yán）格（gé）原材料入庫檢查，對有害雜質含量（liàng）超標鋼材不投產； (2)盡量選用真空冶煉，爐外精（jīng）煉或電（diàn）渣重熔模具鋼材（cái）； (3)改進熱處理（lǐ）工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火； (4)變無心淬火為有心淬火即不完全淬透，獲（huò）得強韌性高的下貝氏體組織等措施（shī），大幅度降低拉應力，能有效避免模具縱向開裂和淬火畸（jī）變。 2橫向（xiàng）裂紋 裂紋特征是垂直於軸向。未（wèi）淬（cuì）透模具，在淬硬區與未淬硬區過渡部分存在大（dà）的拉應力峰（fēng）值，大型模具快速冷（lěng）卻時易形成大（dà）的拉應力峰（fēng）值（zhí），因形成（chéng）的軸向應力大於切（qiē）向應力，導（dǎo）致產生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P．Sb，Bi，Pb，Sn，As等低熔點有害雜質的橫向（xiàng）偏析或模塊存在橫（héng）向顯微裂紋，淬火後經擴展形成橫（héng）向裂紋。 預防措施： (1)模塊應合理鍛造，原（yuán）材料長度與直徑之比即鍛造比***好（hǎo）選在2—3之間，鍛（duàn）造采用雙十字形變向鍛造，經五鐓五拔多火鍛造，使鋼中碳化物和雜質呈細、小，勻分布於鋼基體，鍛（duàn）造纖維組織（zhī）圍繞型腔（qiāng）無定向分（fèn）布，大幅（fú）度（dù）提高模塊橫向力學性能，減少和（hé）消除應力源（yuán）； (2)選擇（zé）理（lǐ）想的冷卻速度和冷卻介質：在鋼的Ms點以上（shàng）快冷，大於（yú）該鋼臨界（jiè）淬火冷（lěng）卻速度，鋼中過冷奧氏體產生的應力為熱應力，表層為壓應力（lì），內層為張（zhāng）應力，相互抵消，有效防止熱（rè）應力裂紋形成，在鋼的Ms—Mf之間緩冷，大幅度降低形成（chéng）淬火（huǒ）馬氏體（tǐ）時（shí）的組織應力。當鋼中熱應力與相應應（yīng）力總和為（wéi）正(張應力)時，則易淬裂，為負時，則不易淬裂。充分利用熱（rè）應力，降低相變應力，控製應（yīng）力總和為負，能有效避免橫向淬火裂紋發生。CL-1有機淬火介質是（shì）較理想（xiǎng）淬火劑，同時可減少和避（bì）免淬火模具畸變，還可控製（zhì）硬化層合理（lǐ）分布。調正CL-1 淬火（huǒ）劑不同濃度配比，可得到不同冷（lěng）卻速度，獲得所（suǒ）需（xū）硬化層分布，滿足不同模具鋼需求。 3弧狀裂紋 常發生在（zài）模具棱角角、缺口、孔穴、 凹（āo）模接線飛邊等形狀突變處（chù）。這（zhè）是因為，淬火時棱角處產生的應力是平滑表麵（miàn）平均應力（lì）的10倍（bèi）。另外， (1)鋼中含碳(C)量和合（hé）金元素含量（liàng）愈高，鋼Ms點愈低，Ms點降低2℃，則淬裂（liè）傾向增加1．2倍，Ms點降低8℃，淬裂（liè）傾向則（zé）增加8倍； (2)鋼中不同組織（zhī）轉變和相同組織轉變不同（tóng）時性，由於不同組織比容差，造成巨大組織應力，導致組織交界處形成弧狀裂紋； (3)淬火後未及時回火，或回（huí）火不充分，鋼中殘（cán）餘（yú）奧氏體未充分轉變，保留在使用狀態中（zhōng），促進應力重新分布，或模（mó）具服役時殘餘奧氏體發生馬氏體相變產生新的內應力，當（dāng）綜合應力大於該鋼強度極限時便形成弧狀裂紋； (4)具有第二類回火脆性鋼，淬火後高溫回火緩冷，導致鋼中P，s等（děng）有害雜質化合物（wù）沿晶界析（xī）出，大大降低晶界結（jié）合力和強韌性，增加脆性，服役時在外力作用（yòng）下形成弧狀裂紋。 預防措施： (1)改進設計，盡量使形狀對稱（chēng），減少形狀突變，增加工藝孔與加強筋， 或采用組合裝配； (2)圓角代直（zhí）角及尖角銳邊，貫穿（chuān）孔代盲孔，提高加工（gōng）精度和表麵光潔度，減少應力集中源，對於無法避免直角、尖角銳邊、盲孔等處一般硬度要求不高，可用鐵絲、石棉（mián）繩、耐火泥等進行包紮或填塞，人為造成冷卻屏障，使之緩慢冷卻淬火，避免應力集中，防止淬火時（shí）弧狀裂（liè）紋形成；(3)淬火鋼應及時（shí）回火，消除部分淬火內（nèi）應力，防止淬火（huǒ）應（yīng）力擴展； (4)較長時（shí）間回火，提高模（mó）具抗（kàng）斷裂韌性值； (5)充分回火，得到（dào）穩定組織性能；(6)多（duō）次回火使殘餘（yú）奧氏體轉變充分和消除新的應力； (7)合理回火，提高鋼件疲勞抗力和綜合機械力學性能； (8)對於有第二類（lèi）回火（huǒ）脆性模具鋼高溫回火後應快冷(水（shuǐ）冷或油冷)，可消除二類回火脆性，防（fáng）止和避免淬火時弧狀裂紋形成。 4剝離裂紋 模具服役時在應力作用下，淬火硬化層一塊塊從鋼基體中剝離。因模具表層組織和心部組（zǔ）織比容不同，淬火時表層形成軸向（xiàng）、切向淬火應（yīng）力，徑向產生（shēng）拉應力，並向內（nèi）部突變，在應力急劇變化範圍較窄（zhǎi）處產生剝離裂紋，常發生於經表層化學熱處理模具冷卻過程中，因表層化學改性與鋼基體相變不同時（shí）性引（yǐn）起內外層淬火（huǒ）馬氏體膨（péng）脹不同時（shí）進（jìn）行，產（chǎn）生大的相變（biàn）應力，導致（zhì）化學處理（lǐ）滲層（céng）從（cóng）基體組織中剝離。如火焰表麵淬硬層、高頻表麵淬硬層（céng）、滲碳層、碳氮共滲層、滲（shèn）氮層、滲硼層、滲金屬層等。化學滲層淬（cuì）火後不宜快速回火，尤其是300~C以下低溫（wēn）回火快速加熱，會促（cù）使表層形成拉應力，而（ér）鋼基體心（xīn）部及（jí）過渡層形成壓縮應（yīng）力（lì），當拉應力（lì）大於（yú）壓（yā）縮應力時，導致化學滲層被拉裂剝離。 預防措施： (1)應（yīng）使模具鋼化（huà）學滲層濃度與硬度由表至內平緩降低，增強滲層與基體結合（hé）力，滲後進行擴散處理能使化學滲層與基體（tǐ）過渡均勻；(2)模具鋼化學處理（lǐ）之前進行擴散退火、球化退火（huǒ）、調質處理，充分細化原始組織，能有效防止和避免剝（bāo）離裂紋產生，確保產品質量。 5網狀（zhuàng）裂紋 裂紋深度較淺，一般深約0.01-1.5mm，呈輻射狀，別名龜裂。原（yuán）因主要（yào）有： (1)原材料（liào）有（yǒu）較深脫碳層，冷切削（xuē）加工未去除，或成品（pǐn）模具（jù）在氧化氣氛爐中加熱造成氧化脫碳； (2)模具（jù）脫碳表層（céng）金屬組織與鋼基體馬氏體含碳量不同（tóng），比容不同（tóng），鋼脫（tuō）碳（tàn）表層淬火時（shí）產生大的拉應力，因此，表層金屬往往沿晶界被拉（lā）裂成網（wǎng）狀； (3)原材料是粗晶粒鋼，原始組織粗大，存在大塊狀（zhuàng）鐵素體，常規淬火無法（fǎ）消除，保留（liú）在淬火組織中（zhōng），或控溫不（bú）準，儀表失靈，發生組織過熱，甚至過燒，晶粒粗化，失去晶界結合力，模具淬火冷卻時鋼的碳化（huà）物沿奧氏體晶界（jiè）析出，晶界（jiè）強度大大降低，韌性差，脆性大，在拉應（yīng）力作用下沿晶界呈網狀裂開。 預防措施（shī）： (1)嚴格原材料（liào）化學成（chéng）分（fèn）．金相組（zǔ）織和探傷檢查，不合格原材料和（hé）粗（cū）晶粒鋼不宜作模具材料； (2)選用細晶粒鋼、真空電爐（lú）鋼，投產前複查原材料脫碳層深度，冷切削加（jiā）工餘量必須大於脫碳層深度； (3)製訂先（xiān）進合（hé）理熱處理工藝，選用微機控溫儀表（biǎo），控（kòng）製精度達到（dào）±1.5℃，定時現場校驗儀（yí）表（biǎo）； (4)模具產品***終處理選用真空電爐、保護氣氛爐和經充分脫氧鹽（yán）浴爐加熱模具產品等措施，有效防止和避免（miǎn）網狀（zhuàng）裂紋形成。
