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                                                  模具钢淬火九种裂纹及预防措施当前位置:网站首页 > 行业资讯

                                                  1、纵向裂纹
                                                      裂纹呈轴向aaaa,形状细而长aaaa。当模具完全淬透即无心淬火时aaaa,心部转变为比容最大的淬火马氏体,产生切向拉应力aaa,H13模具钢的含碳量愈高aaaaa,产生的切向拉应力愈大aaaaa,当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成aaaa。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生:(1)钢中含有较多S、P、***、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质aaa,钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布aaaaa,易产生应力集中形成纵向淬火裂纹aaa,或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹aaaa;(2)模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内(碳工具钢淬裂危险尺寸为8-15mmaaaa,中低合金钢危险尺寸为25-40mm)或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹aaaa。
                                                      预防措施:(1)严格原材料入库检查aaaaa,对有害杂质含量超标钢材不投产aaa;(2)尽量选用真空冶炼aaaa,炉外精炼或电渣重熔模具钢材aaaaa;(3)改进热处理工艺aaaaa,采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火aaa;(4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透aaaaa,获得强韧性高的下贝氏体组织等措施aaaaa,大幅度降低拉应力aaaaa,能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变aaa。
                                                      2、横向裂纹
                                                      裂纹特征是垂直于轴向aaaa。未淬透模具aaaaa,在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值aaaa,大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值aaaa,因形成的轴向应力大于切向应力aaaaa,导致产生横向裂纹aaaaa。锻造模块中S、P.***aaa,Biaaaaa,Pbaaaa,Snaaaa,As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹aaa,淬火后经扩展形成横向裂纹aaa。
                                                      预防措施:(1)H13模具钢模块应合理锻造aaaa,原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2—3之间aaa,锻造采用双十字形变向锻造aaaa,经五镦五拔多火锻造aaa,使钢中碳化物和杂质呈细、小aaaaa,匀分布于钢基体aaaa,锻造纤维组织围绕型腔无定向分布aaa,大幅度提高模块横向力学性能aaa,减少和消除应力源aaaa;(2)选择理想的冷却速度和冷却介质:在钢的Ms点以上快冷aaaa,大于该钢临界淬火冷却速度aaaaa,钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力aaa,表层为压应力aaa,内层为张应力aaaaa,相互抵消aaa,有效防止热应力裂纹形成aaa,在钢的Ms—Mf之间缓冷aaaaa,大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力aaaa。当钢中热应力与相应应力总和为正(张应力)时aaaa,则易淬裂aaaaa,为负时aaaa,则不易淬裂aaaaa。充分利用热应力aaaaa,降低相变应力aaaa,控制应力总和为负aaaaa,能有效避免横向淬火裂纹发生aaaaa。CL-1有机淬火介质是较理想淬火剂aaaaa,同时可减少和避免淬火模具畸变aaaaa,还可控制硬化层合理分布aaaa。调正CL-1淬火剂不同浓度配比aaaa,可得到不同冷却速度aaaaa,获得所需硬化层分布aaaaa,满足不同模具钢需求aaaaa。
                                                      3、弧状裂纹
                                                      常发生在模具棱角角、缺口、孔穴、凹模接线飞边等形状突变处aaa。这是因为aaaaa,淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的10倍aaa。另外aaa,(1)钢中含碳(C)量和合金元素含量愈高aaaa,钢Ms点愈低aaaaa,Ms点降低2℃aaaa,则淬裂倾向增加1.2倍aaaa,Ms点降低8℃aaaa,淬裂倾向则增加8倍aaa;(2)钢中不同组织转变和相同组织转变不同时性aaaa,由于不同组织比容差aaa,造成巨大组织应力aaaa,导致组织交界处形成弧状裂纹aaaa;(3)淬火后未及时回火aaaaa,或回火不充分aaaa,钢中残余奥氏体未充分转变aaa,保留在使用状态中aaaa,促进应力重新分布aaaa,或模具服役时残余奥氏体发生马氏体相变产生新的内应力aaa,当综合应力大于该钢强度极限时便形成弧状裂纹aaaaa;(4)具有第二类回火脆性钢aaaaa,淬火后高温回火缓冷aaa,导致钢中Paaaaa,s等有害杂质化合物沿晶界析出aaa,大大降低晶界结合力和强韧性aaaaa,增加脆性aaa,服役时在外力作用下形成弧状裂纹aaaa。
                                                      预防措施:(1)改进设计aaaa,尽量使形状对称aaaa,减少形状突变aaaaa,增加工艺孔与加强筋aaaaa,或采用组合装配aaa;(2)圆角代直角及尖角锐边aaaaa,贯穿孔代盲孔aaaaa,提高加工精度和表面光洁度aaaa,减少应力集中源aaa,对于无法避免直角、尖角锐边、盲孔等处一般硬度要求不高aaaa,可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包扎或填塞aaa,人为造成冷却屏障aaaa,使之缓慢冷却淬火aaaa,避免应力集中aaaaa,防止淬火时弧状裂纹形成aaa;(3)淬火钢应及时回火aaa,消除部分淬火内应力aaa,防止淬火应力扩展aaaa;(4)较长时间回火aaaa,提高模具抗断裂韧性值aaaaa;(5)充分回火aaa,得到稳定组织性能aaaaa;多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力aaaaa;(7)合理回火aaa,提高钢件疲劳抗力和综合机械力学性能aaa;对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷(水冷或油冷)aaaa,可消除二类回火脆性aaaa,防止和避免淬火时弧状裂纹形成aaaaa。
                                                      4、剥离裂纹
                                                      模具服役时在应力作用下aaaa,淬火硬化层一块块从钢基体中剥离aaaa。因模具表层组织和心部组织比容不同aaaa,淬火时表层形成轴向、切向淬火应力aaa,径向产生拉应力aaaaa,并向内部突变aaa,在应力急剧变化范围较窄处产生剥离裂纹aaa,常发生于经表层化学热处理模具冷却过程中aaa,因表层化学改性与钢基体相变不同时性引起内外层淬火马氏体膨胀不同时进行aaaaa,产生大的相变应力aaaaa,导致化学处理渗层从基体组织中剥离aaaa。如火焰表面淬硬层、高频表面淬硬层、渗碳层、碳氮共渗层、渗氮层、渗硼层、渗金属层等aaaaa。化学渗层淬火后不宜快速回火aaaa,尤其是300~C以下低温回火快速加热aaaa,会促使表层形成拉应力aaa,而钢基体心部及过渡层形成压缩应力aaaa,当拉应力大于压缩应力时aaaaa,导致化学渗层被拉裂剥离aaa。
                                                      预防措施:(1)应使模具钢化学渗层浓度与硬度由表至内平缓降低aaa,增强渗层与基体结合力aaa,渗后进行扩散处理能使化学渗层与基体过渡均匀aaaa;(2)H13模具钢化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调质处理aaaaa,充分细化原始组织aaa,能有效防止和避免剥离裂纹产生aaa,确保产品质量aaaaa。
                                                      5、网状裂纹
                                                      裂纹深度较浅aaaa,一般深约0.01-1.5mmaaa,呈辐射状aaa,别名龟裂aaa。原因主要有:(1)原材料有较深脱碳层aaaa,冷切削加工未去除aaaaa,或成品模具在氧化气氛炉中加热造成氧化脱碳aaaa;(2)模具脱碳表层金属组织与钢基体马氏体含碳量不同aaa,比容不同aaaa,钢脱碳表层淬火时产生大的拉应力aaa,因此aaaaa,表层金属往往沿晶界被拉裂成网状aaaaa;(3)原材料是粗晶粒钢aaaaa,原始组织粗大aaaaa,存在大块状铁素体aaaa,常规淬火无法消除aaa,保留在淬火组织中aaaa,或控温不准aaaaa,仪表失灵aaaa,发生组织过热aaa,甚至过烧aaaa,晶粒粗化aaa,失去晶界结合力aaaa,模具淬火冷却时钢的碳化物沿奥氏体晶界析出aaaa,晶界强度大大降低aaaaa,韧性差aaaaa,脆性大aaa,在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开aaa。
                                                      6、磨削裂纹
                                                      常发生在模具成品淬火、回火后磨削冷加工过程中aaaaa,多数形成的微细裂纹与磨削方向垂直aaaa,深约0.05—1.0mmaaa。(1)原材料预处理不当aaa,未能充分消除原材料块状、网状、带状碳化物和发生严重脱碳aaaa;(2)最终淬火加热温度过高aaa,发生过热aaaa,晶粒粗大aaa,生成较多残余奥氏体aaa;(3)在磨削时发生应力诱发相变aaaaa,使残余奥氏体转变为马氏体aaaa,组织应力大aaaaa,加上因回火不充分aaaaa,留有较多残余拉应力aaaa,与磨削组织应力叠加aaaaa,或因磨削速度、进刀量大及冷却不当aaaaa,导致金属表层磨削热急剧升温至淬火加热温度aaa,随之磨削液冷却aaa,造成磨削表层二次淬火aaa,多种应力综合aaaaa,超过该材料强度极限aaaaa,便引起表层金属磨削裂纹aaaaa。
                                                      预防措施:(1)对原材料进行改锻aaa,多次双十字形变向镦拔锻造aaaa,经四镦四拔aaa,使锻造纤维组织围绕型腔或轴线呈波浪形对称分布aaaa,并利用最后一火高温余热进行淬火aaa,接着高温回火aaaaa,能充分消除块状、网状、带状和链状碳化物aaaaa,使碳化物细化至2-3级aaaa;(2)制订先进的热处理工艺aaaa,控制最终淬火残余奥氏体含量不超标aaa;(3)淬火后及时进行回火、消除淬火应力aaaaa;(4)适当降低磨削速度、磨削量aaa,磨削冷却速度aaa,能有效防止和避免磨削裂纹形成aaaaa。
                                                      7、线切割裂纹
                                                      该裂纹出现在经过淬火、回火的模块在线切割加工过程中aaa,此过程改变了金属表层、中间层和心部应力场分布状态aaaaa,淬火残余内应力失去平衡变形aaa,某一区域出现大的拉应力aaaaa,此拉应力大干该模具材料强度极限时导致炸裂aaaaa,裂纹是弧尾状刚劲变质层裂纹aaaa。实验表明aaa,线切割过程是局部高温放电和迅速冷却过程aaa,使金属表层形成树枝状铸态组织凝固层aaaa,产生600-900MPa拉应力和厚约0.03mm的高应力二次淬火白亮层aaaa。裂纹产生原因:(1)原材料存在严重的碳化物偏析aaaa;(2)仪表失灵aaaa,淬火加热温度过高aaaa,晶粒粗大aaa,降低材料强韧性aaaa,增加脆性aaa;(3)淬火工件未及时回火和回火不充分aaaaa,存在过大的残余内应力和线切割过程中形成的新内应力叠加导致线切割裂纹aaaa。
                                                      预防措施:(1)严格原材料入库前检查aaaa,确保原材料组织成分合格aaaa,对不合格原材料必须进行改锻aaaaa,击碎碳化物aaaaa,使化学成分、金相组织等达到技术条件后方可投产aaaa。模块热处理前加工成品需留足一定磨量后淬火.回火、线切割aaa;(2)入炉前校验仪表aaaa,选用微机控温aaaa,控温精度±1.5℃aaaaa,真空炉、保护气氛炉加热aaa,严防过热和氧化脱碳aaaaa;(3)采用分级淬火、等温淬火和淬火后及时回火aaa,多次回火aaaaa,充分消除内应力aaa,为线切割创造条件aaaaa;(4)制订科学合理线切割工艺aaaaa。
                                                      8、疲劳断裂
                                                      模具服役时在交变应力反复作用下形成的显微疲劳裂纹缓慢扩展aaa,导致突然疲劳断裂aaa。(1)原材料存在发纹、自点、孔隙、疏松、非金属夹杂、碳化物严重偏析、带状组织、块状游离铁素体冶金组织缺陷aaaaa,破坏了基体组织连续性aaa,形成不均匀应力集中aaa。钢锭中112未排除aaaaa,导致轧制时形成白点aaaa。钢中存在***、Bi、Pb、Sn、As和S、P等有害杂质aaa,钢中的P易引起冷脆aaaaa,而s易引起热脆aaaa,Saaaa,P有害杂质超标均易形成疲劳源aaa;(2)化学渗层过厚、浓度过大、渗层过度、硬化层过浅、过渡区硬度低等都可导致材料疲劳强度急剧降低aaa;(3)当模面加工粗糙、精度低、光洁度差aaaaa,以及刀纹aaaa,刻字、划痕、碰伤、腐蚀麻面等也易引起应力集中导致疲劳断裂aaaaa。
                                                      预防措施:(1)严格选材aaa,确保材质aaaaa,控制Pb、As、Sn等低熔点杂质与S、P非金属杂质含量不超标aaa;(2)投产前进行材质检查aaaa,不合格原材料不投产aaaaa;(3)选用具有纯洁度高、杂质少、化学成分均匀、晶粒细.碳化物小、等向性能好aaaa,疲劳强度高等特点的电渣重熔精炼钢aaa,对模具型面表面喷丸强化和表面化学渗层改性强化处理aaaa,使金属表层为预压应力aaaaa,抵消模具服役时产生的拉应力aaaa,提高模具型面疲劳强度aaaaa;(4)提高模具型面加工精度和光洁度aaa;(5)改善化学渗层和硬化层组织性能aaaa;采用微机控制化学渗层厚度、浓度和硬化层厚度aaa。
                                                      9、应力腐蚀裂纹
                                                      该裂纹常发生在使用过程中aaa。金属模具因化学反应或电化学反应过程aaa,引起从表至内组织结构损坏腐蚀作用而产生开裂aaaaa,这就是应力腐蚀裂纹aaaa。模具钢因热处理后组织不同aaaaa,抗蚀性能也不同aaaaa。最耐蚀组织为奥氏体(A)aaaaa,最易腐蚀组织为屈氏体(T)aaaaa,依次为铁素体(F)一马氏体(M)一珠光体(P)一索氏体(S)aaaa。因此aaa,模具钢热处理不宜得到T组织aaa。淬火钢虽经回火aaaaa,但因回火不充分aaa,淬火内应力或多或少依然存在aaaaa,模具服役时在外力作用下也会产生新的应力aaaaa,凡有应力存在于金属模具中就会有应力腐蚀裂纹发生aaa。
                                                      预防措施:(1)H13模具钢淬火后应及时回火aaaa,充分回火aaaaa,多次回火aaa,以消除淬火内应力aaa;(2)模具钢淬火后一般不宜在350-400~C回火aaaa,因T组织常在此温度出现aaa,发生有T组织模具应重新处理aaaaa,模具应进行防锈处理aaaaa,提高抗蚀性能aaaaa;(3)热作模具服役前进行低温预热aaaaa,冷作模具服役一个阶段后进行一次低温回火消除应力aaaa,不仅能防止和避免应力腐蚀裂纹发生aaaaa,还可大幅度提高模具使用寿命aaa,一举两得aaaaa,有显著技术经济效益aaaaa。
                                                   

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