模（mó）具鋼淬火裂紋分析與預防措（cuò）施10例
模具鋼熱處理中，淬火是（shì）常見（jiàn）工序。然而，因種種原因，有時難免會產生淬火裂紋（wén），致使前功盡棄。分析裂（liè）紋產生原（yuán）因，進而采取（qǔ）相應預防措施，具有顯著的技術經濟效益。常見淬火裂紋有以下10類型。 1、縱向（xiàng）裂紋 裂（liè）紋呈軸向，形（xíng）狀細而長。當模具完全淬透即無心淬火時，心部轉變為比容***大的淬火（huǒ）馬氏體,產生切向拉應力，模具鋼的（de）含碳量愈高，產生的切向拉應力愈大（dà），當（dāng）拉應力（lì）大（dà）於該（gāi）鋼強度極限（xiàn）時導致縱向裂紋（wén）形成（chéng）。以下因素又加劇了縱向裂紋的（de）產生（shēng）： (1)鋼中含有較多（duō）S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有害雜質，鋼錠軋製時沿軋製方（fāng）向呈縱向嚴（yán）重偏（piān）析分布，易產生（shēng）應力（lì）集中（zhōng）形成縱（zòng）向淬火裂紋，或原材料軋（zhá）製後快冷形成的縱向裂紋未加工掉保（bǎo）留在產品中導致***終淬火裂紋擴大形成縱向裂紋； (2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸範圍（wéi）內(碳（tàn）工具鋼淬裂危險尺寸為8-15mm，中低合金鋼危險尺寸為25-40mm)或選擇的淬火（huǒ）冷卻介質大大超過（guò）該（gāi）鋼的（de）臨界淬火冷卻（què）速度時均易形成（chéng）縱（zòng）向裂紋。 預防措施： (1)嚴格（gé）原材料入庫檢查，對有害雜質含量超標（biāo）鋼材不投產； (2)盡量選用真空冶（yě）煉，爐外精煉或電渣重熔模（mó）具鋼材（cái）； (3)改進熱處（chù）理工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱（rè）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（jí）不完全淬透，獲得強（qiáng）韌性高的下貝氏體組織等措施，大（dà）幅度降（jiàng）低拉應力，能有效避免模具縱向開（kāi）裂和淬火畸變。 2橫向裂紋 裂紋特征是垂（chuí）直於軸向。未（wèi）淬透模具，在（zài）淬硬區（qū）與未淬硬（yìng）區過渡部分存在（zài）大的拉應力峰值，大型模具快速冷卻時易形成大（dà）的拉（lā）應力峰值，因形成的軸向應力大於切向應力（lì），導致產生橫向裂紋（wén）。鍛造模塊中（zhōng）S、P．Sb，Bi，Pb，Sn，As等低熔點有害雜質的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋（wén），淬火後經擴展形成橫向裂紋。 預防措施： (1)模塊應合理鍛造，原材（cái）料長（zhǎng）度與（yǔ）直徑之（zhī）比即鍛造比***好選在2—3之（zhī）間，鍛造（zào）采用雙十字形變向鍛造，經五鐓五拔（bá）多（duō）火鍛造（zào），使鋼中（zhōng）碳化物和雜質呈細、小，勻分布於鋼基體，鍛造纖維組織圍繞型腔無定向分布，大幅度提高模塊橫（héng）向力學性能，減少和消（xiāo）除應力源； (2)選擇理（lǐ）想的冷卻速度和冷卻介質：在鋼的Ms點以上（shàng）快冷，大於該鋼臨界淬火冷（lěng）卻速度，鋼中過冷奧氏體產生的應力（lì）為熱應力，表層為壓應力，內層為張應力，相互抵消，有效防止熱（rè）應力裂紋形（xíng）成，在鋼的Ms—Mf之間緩冷，大幅度降低（dī）形成淬火（huǒ）馬氏體時的組織應（yīng）力。當鋼中熱應力與相應（yīng）應力（lì）總和為正(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（kòng）製應力總和為負，能有效避免橫向淬（cuì）火裂紋發生。CL-1有機淬火介質是（shì）較理想淬火劑，同時（shí）可減少和避免淬火模具畸變，還（hái）可控製硬化層（céng）合理分布。調正CL-1 淬火劑不同濃度配比，可得到不同冷卻速度，獲得所需硬化層分布，滿足不同模具鋼需求。 3弧狀裂（liè）紋 常發生在模具棱角角、缺口、孔（kǒng）穴、 凹模接線飛邊等（děng）形狀突變處。這是因（yīn）為，淬火時棱角處產生的應力是平滑表麵平均應力的10倍。另外， (1)鋼（gāng）中（zhōng）含碳(C)量和合金元素含量愈高，鋼Ms點愈（yù）低，Ms點降低2℃，則淬裂傾向增加1．2倍（bèi），Ms點降低8℃，淬裂傾向則增加8倍； (2)鋼中不同組織轉變和相同組織轉變（biàn）不同時性，由於不（bú）同組織比容差，造成巨大組織應力，導致（zhì）組織交界處形成弧（hú）狀裂紋； (3)淬火後未及時回火，或回火不充分，鋼中殘餘奧（ào）氏體未充分轉變，保留在（zài）使用狀態中，促進應力重新分布，或模具服役（yì）時殘餘奧氏體發生馬氏體（tǐ）相變產生新的內應力，當綜（zōng）合應力大於該鋼（gāng）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（dǎo）致鋼中P，s等有害雜質化合物沿（yán）晶界析出，大大降低晶界結合力和強韌（rèn）性，增加脆性，服役（yì）時在外力作用下形成弧狀裂紋。 預（yù）防措施： (1)改進設計，盡量使形狀對稱，減少形狀突變，增加工（gōng）藝孔與加強筋， 或采用組合裝配（pèi）； (2)圓角代直角（jiǎo）及尖角銳邊，貫穿（chuān）孔代盲孔（kǒng），提高加工精度和表麵光潔度，減少應力集中源，對於無法避免直角、尖角銳邊、盲孔等（děng）處一般硬度要求不高，可用鐵絲、石棉繩、耐火泥等進行包紮或填塞，人為（wéi）造成冷卻屏障，使之（zhī）緩慢冷卻淬火，避免應力集中，防止淬火時弧狀（zhuàng）裂紋形成；(3)淬火鋼應及時回火（huǒ），消除部分淬火內應力，防止淬（cuì）火應力擴展； (4)較長時間回火，提高模（mó）具抗斷裂韌（rèn）性值； (5)充分回火，得到穩定組織性能；(6)多次回火使殘餘奧（ào）氏體轉變充（chōng）分（fèn）和消除新的應力（lì）； (7)合（hé）理回火，提高鋼件疲勞抗力和綜合機械力學性能； (8)對（duì）於有第二類回（huí）火脆性模具（jù）鋼高溫回火後應快冷(水冷（lěng）或（huò）油冷)，可消除二類（lèi）回火脆性，防止和避免淬火時弧（hú）狀裂紋形成。 4剝離裂紋 模具服役（yì）時在（zài）應力作用下，淬火硬化層（céng）一塊塊從鋼基體（tǐ）中剝離。因模具表層組織和心部組織比容不（bú）同，淬火時表層形成軸向、切向淬火應力（lì），徑向產生拉應力，並向內部突（tū）變，在應力急劇變化範圍較窄處產生剝離裂（liè）紋（wén），常發（fā）生於（yú）經表層化學熱處理模具（jù）冷卻過程中，因表層化學改性與鋼基體（tǐ）相變不同時性引（yǐn）起（qǐ）內外層淬火馬氏體膨（péng）脹不同時進行，產生大的相變應力，導致化學處理滲層從基體組織中剝離。如火焰（yàn）表麵淬硬層、高頻表麵淬硬層、滲碳層、碳氮共滲層（céng）、滲氮層、滲硼層、滲金屬層等。化學滲層淬火後不宜快速回火（huǒ），尤其是300~C以下低溫回火快速加熱，會促使表層形成拉應力，而鋼基體心部及過（guò）渡層形成壓縮應力，當拉應力（lì）大於壓縮應力時，導致（zhì）化（huà）學（xué）滲層被拉裂剝離。 預防措施： (1)應（yīng）使模具鋼化學滲層濃度與硬度由表（biǎo）至內平緩降低，增強（qiáng）滲層與基體結合力，滲後進（jìn）行擴散處理（lǐ）能使化學滲層與基體過（guò）渡均（jun1）勻；(2)模具鋼化學處理（lǐ）之前進行擴（kuò）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（zhǐ）和避免剝離裂紋產生，確保產品質量。 5網（wǎng）狀裂紋 裂（liè）紋深度（dù）較淺，一般深約0.01-1.5mm，呈輻射狀，別名龜裂。原因主要有（yǒu）： (1)原材料有較深脫碳層，冷切削（xuē）加工未去除，或成品模具在氧化氣氛爐中加熱造成氧化脫碳； (2)模具脫碳表層金屬組織與鋼基體馬氏（shì）體含碳量不同，比容不同，鋼（gāng）脫碳表（biǎo）層淬火時產（chǎn）生大的拉應力，因此，表層金屬往往（wǎng）沿晶界被拉裂成網狀； (3)原材料是粗晶粒鋼，原（yuán）始組織粗大，存在大塊（kuài）狀鐵素體，常規淬火無法（fǎ）消（xiāo）除，保留在淬（cuì）火組織中，或控溫不準，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（gāng）的碳化物沿奧氏體晶界析出（chū），晶界（jiè）強度大大降低，韌（rèn）性差，脆性大（dà），在拉應力作用下沿晶界呈網狀裂開。 預防措施： (1)嚴格（gé）原材料化學成分．金相組織和探傷檢查（chá），不合（hé）格原材料和粗晶粒鋼不宜作模具材料； (2)選用細（xì）晶粒鋼、真空電爐鋼，投產前複查原材（cái）料脫碳層深度，冷切削加工（gōng）餘量必須（xū）大於脫碳層深度； (3)製訂先進（jìn）合理熱處理工藝，選用微機控溫儀（yí）表（biǎo），控（kòng）製（zhì）精度達（dá）到±1.5℃，定時現場校驗儀表； (4)模具產品***終處理選用真空電（diàn）爐（lú）、保護氣氛爐和經充分脫氧鹽浴爐加熱模（mó）具產品等措施，有效防止和避免網（wǎng）狀（zhuàng）裂紋形成。
