模具鋼淬火(huǒ)裂紋分(fēn)析與預防措施10例
模具鋼熱(rè)處理(lσ↓"ǐ)中,淬火(huǒ)是(shì)常見(jiàn)工(gōng)序。然而,因種種原因,有(↔'÷ yǒu)時(shí)難免會(huì)産生(shēng'$∑¶)淬火(huǒ)裂紋,緻使前功盡棄。分(fēn)析裂紋産生(sh&©ēng)原因,進而采取相(xiàng)應預防措施,具有(yǒu)顯著的(de)技(jì)術(sh•≥ù)經濟效益。常見(jiàn)淬火(huǒ)裂紋有(yǒu)以下(xià)1φ0類型。 1、縱向裂紋 裂紋呈軸向,形狀細而長(cháng)。當©≤' 模具完全淬透即無心淬火(huǒ)時(shí),心部轉變為(÷♦↕↔wèi)比容***大(dà)的(de)淬火(huǒ)© 馬氏體(tǐ),産生(shēng)切向拉應力,模具鋼的(de)含碳量愈高•≥∞<(gāo),産生(shēng)的(de)切向拉應力愈大(dà),當拉應力大(dà)于該鋼強γ<度極限時(shí)導緻縱向裂紋形成。以下(xià)因素又↓™≥(yòu)加劇(jù)了(le)縱向裂紋的(de)産生(shēng): (1)鋼中含有(₹βyǒu)較多(duō)S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低(dī)熔點有(yǒ≈γu)害雜(zá)質,鋼錠軋制(zhì)時(shí)沿軋制(zhì)方向呈縱向嚴重偏析分(fēεαn)布,易産生(shēng)應力集中形成縱向淬火(huǒ)裂紋,或€"β原材料軋制(zhì)後快(kuài)冷(lěng)形成的(®↔✔de)縱向裂紋未加工(gōng)掉保留在産品中導緻***終淬火(huǒ)裂紋擴大(dà♦✘λ)形成縱向裂紋; (2)模具尺寸在鋼的(de)淬裂敏π¶感尺寸範圍內(nèi)(碳工(gōng)具鋼淬裂危險尺寸為(wèi)☆∞↔8-15mm,中低(dī)合金(jīn)鋼危險尺寸為(wèi)25-40m>☆™m)或選擇的(de)淬火(huǒ)冷(lěng)卻介質大(dà)大λ€≥(dà)超過該鋼的(de)臨界淬火(huǒ)冷(lěng)卻速度時(shí)均易形成縱♥£ 向裂紋。 預防措施: (1)嚴格原材料入庫檢查,對(duì)有(yǒu)害雜(z✔✘á)質含量超标鋼材不(bù)投産; (2)盡量選用(yòng)真空(kōng)冶煉,爐外(w₹↓ài)精煉或電(diàn)渣重熔模具鋼材; (3)改進熱(rè)處理(lǐ)工(gōnβ¥←¥g)藝,采用(yòng)真空(kōng)加熱(rè)、保護氣氛加熱(rè)和(hé)充分(fλ₩ ēn)脫氧鹽浴爐加熱(rè)及分(fēn)級淬火(huǒ)、等溫淬火(huǒ); ( ∞∞☆4)變無心淬火(huǒ)為(wèi)有(yǒu)心淬火(huǒ)即不(bù)完全淬透,獲得(deו)強韌性高(gāo)的(de)下(xià)貝氏體(tǐ)組織等措施,δ←大(dà)幅度降低(dī)拉應力,能(néng)有(yǒu)效避免模具縱向∏<開(kāi)裂和(hé)淬火(huǒ)畸變。 2橫向裂紋 裂紋特征是(shì)垂直®π于軸向。未淬透模具,在淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)過渡部分(fēn)存在大(dà)的±←(de)拉應力峰值,大(dà)型模具快(kuài)速♥α冷(lěng)卻時(shí)易形成大(dà)的(de)拉應力∏§≤峰值,因形成的(de)軸向應力大(dà)于切向應力,導緻産生(shēng)橫向裂紋。鍛$¥☆↔造模塊中S、P.Sb,Bi,Pb,Sn,As等低(dī)熔點有(yǒ©¥u)害雜(zá)質的(de)橫向偏析或模塊存在橫向顯微(wēi)裂紋,淬火(huǒγ®< )後經擴展形成橫向裂紋。 預防措施: (1)模塊應合理(lǐ)鍛造,原材料¥™長(cháng)度與直徑之比即鍛造比***好(hǎo)選在2—3之間(jiān),鍛造采用(y♦™òng)雙十字形變向鍛造,經五镦五拔多(duō)火(huǒ)鍛造,使鋼中碳化(huà)物(wù)ε>δ&和(hé)雜(zá)質呈細、小(xiǎo),勻分(fēn)布于鋼基體(tǐ),鍛造纖維→©ε組織圍繞型腔無定向分(fēn)布,大(dà)幅度提高(gāo)模塊橫向力學性↔λ能(néng),減少(shǎo)和(hé)消除應力源; (2)選擇理←↕Ωπ(lǐ)想的(de)冷(lěng)卻速度和(hé)冷(lěng)卻介質:在鋼的(d'♣e)Ms點以上(shàng)快(kuài)冷(lěng),大(dà)于該∞ <鋼臨界淬火(huǒ)冷(lěng)卻速度,鋼中過冷(lěng)奧氏體(tǐ)産生(φ ₩shēng)的(de)應力為(wèi)熱(rè)應力$±©←,表層為(wèi)壓應力,內(nèi)層為(wèi)張應力↓¥≤,相(xiàng)互抵消,有(yǒu)效防止熱(rè)應力裂紋形成,在鋼的(de)Ms—Mf之間(♦£jiān)緩冷(lěng),大(dà)幅度降低(dī)形成淬火(huǒ)馬$$氏體(tǐ)時(shí)的(de)組織應力。當鋼中熱(rè)應力與相(xiàng©$₹ )應應力總和(hé)為(wèi)正(張應力)時(shí),則易× ↔淬裂,為(wèi)負時(shí),則不(bù)易淬裂。δ×充分(fēn)利用(yòng)熱(rè)應力,降低(dī)相(xiàng∏ )變應力,控制(zhì)應力總和(hé)為(wèi)負,能(néng)有(yǒu)↑β效避免橫向淬火(huǒ)裂紋發生(shēng)。CL-1有(yǒu)機(ε jī)淬火(huǒ)介質是(shì)較理(lǐ)想淬火(huǒ)劑,同時(shí)"↕✔可(kě)減少(shǎo)和(hé)避免淬火(huǒ)模 ™具畸變,還(hái)可(kě)控制(zhì)硬化(huà)層合理(lǐ)分(fēn)布★δ 。調正CL-1 淬火(huǒ)劑不(bù)同濃度配比,可✘∏≥∞(kě)得(de)到(dào)不(bù)同冷(lěng)卻速度,獲得(de)所需硬化(huà)層★★分(fēn)布,滿足不(bù)同模具鋼需求。 3弧狀裂紋 常發生(shēng)在♠♥模具棱角角、缺口、孔穴、 凹模接線飛(fēi)邊等形狀突變處。這(zhè)是(sh←☆&♣ì)因為(wèi),淬火(huǒ)時(shí)棱角處産生♦ (shēng)的(de)應力是(shì)平滑表面平均應力的( de)10倍。另外(wài), (1)鋼中含碳(C)量σγ≥±和(hé)合金(jīn)元素含量愈高(gāo),鋼Ms點愈低(dī),Ms點降低∏•γ(dī)2℃,則淬裂傾向增加1.2倍,Ms點降低(dī)8℃,淬裂傾向則增加8倍; §λ (2)鋼中不(bù)同組織轉變和(hé)相(xiàng ∏)同組織轉變不(bù)同時(shí)性,由于不(bù)同✘λ®組織比容差,造成巨大(dà)組織應力,導緻組織交界處形成弧狀裂紋; (3)淬火(huǒ)後未及時α₩ (shí)回火(huǒ),或回火(huǒ)不(bù)充分(fēn),鋼中殘餘奧氏體(t<'ǐ)未充分(fēn)轉變,保留在使用(yòng)狀态中,促進應力重新分(fēn)布,或模具服役時≈£>(shí)殘餘奧氏體(tǐ)發生(shēng)馬氏體(tǐ)相(•$ xiàng)變産生(shēng)新的(de)內(nèi)應力,當綜合應力大(dà)于該鋼強度 ♦極限時(shí)便形成弧狀裂紋; (4)具有(yǒu)第二&→δε類回火(huǒ)脆性鋼,淬火(huǒ)後高(gāo)溫回火(huǒγ€↔δ)緩冷(lěng),導緻鋼中P,s等有(yǒu)害雜(zá)質化(huà)合物(wù)沿晶界析≤₩♥¶出,大(dà)大(dà)降低(dī)晶界結合力和(hé)∑&✔強韌性,增加脆性,服役時(shí)在外(wài)力作(zuò)用(yòng)↕€下(xià)形成弧狀裂紋。 預防措施: (1)改進設計(jì),盡量使形狀對 ☆↓(duì)稱,減少(shǎo)形狀突變,增加工(gōng)藝孔與加強筋, 或采用(y₽òng)組合裝配; (2)圓角代直角及尖角銳邊,貫穿孔代ε盲孔,提高(gāo)加工(gōng)精度和(hé)表面光•↕₹(guāng)潔度,減少(shǎo)應力集中源,對(duì)于無法避免直角、尖角銳☆↕邊、盲孔等處一(yī)般硬度要(yào)求不(bù)高(gāo),可(kě)用(yòng)鐵(γ∑λtiě)絲、石棉繩、耐火(huǒ)泥等進行(xíng)包紮β'或填塞,人(rén)為(wèi)造成冷(lěng)卻屏障,使之緩慢(màn)冷(lěng)卻淬火( 'huǒ),避免應力集中,防止淬火(huǒ)時(shí)弧狀裂紋形成;(3)淬火(huǒ•≥)鋼應及時(shí)回火(huǒ),消除部分(fēn)淬ΩΩ火(huǒ)內(nèi)應力,防止淬火(huǒ)應力擴展; (4)較長(cháng)時(sh¶πφ•í)間(jiān)回火(huǒ),提高(gāo)模具抗斷裂韌性'↕↓值; (5)充分(fēn)回火(huǒ),得(de)到(dào)<•♣穩定組織性能(néng);(6)多(duō)次回火(huǒ)使殘餘奧氏體(tǐ)轉變•&∏充分(fēn)和(hé)消除新的(de)應力; (7)合理(σ∑©♠lǐ)回火(huǒ),提高(gāo)鋼件(jiàn)疲勞抗力©∞和(hé)綜合機(jī)械力學性能(néng); (8)對(duì)于有(yǒu)第二類回φ>∞火(huǒ)脆性模具鋼高(gāo)溫回火(huǒ)後應快(kuài)冷(lěn♣♠Ω'g)(水(shuǐ)冷(lěng)或油冷(lěng)),可(kě)消除二類回火(huǒ)脆性,防止→★和(hé)避免淬火(huǒ)時(shí)弧狀裂紋形成。 4剝離(lí)裂紋☆ φ÷ 模具服役時(shí)在應力作(zuò)用(yòng)下(xià),淬火(huǒ)硬化(huà↔§¥)層一(yī)塊塊從(cóng)鋼基體(tǐ)中剝離(lí)。 <×♥因模具表層組織和(hé)心部組織比容不(bù)同,淬火(h✔γ♥→uǒ)時(shí)表層形成軸向、切向淬火(huǒ)應力,徑向産生(sh↔ §≈ēng)拉應力,并向內(nèi)部突變,在應力急劇(jù)變 ↓∑化(huà)範圍較窄處産生(shēng)剝離(lí)裂紋,常發♦ 生(shēng)于經表層化(huà)學熱(rè)處理(∑∑₹₽lǐ)模具冷(lěng)卻過程中,因表層化(huà)學改性與鋼 αφ基體(tǐ)相(xiàng)變不(bù)同時(shí)性引起內(nèi)外(wài¶π)層淬火(huǒ)馬氏體(tǐ)膨脹不(bù)同時(sγσ☆hí)進行(xíng),産生(shēng)大(dà)的(de)相(xiàng)變應力,導緻αδ÷↓化(huà)學處理(lǐ)滲層從(cóng)基體(tǐ)組¶&γ織中剝離(lí)。如(rú)火(huǒ)焰表面淬硬層、高(gāo)頻(pí"★$¶n)表面淬硬層、滲碳層、碳氮共滲層、滲氮層、滲硼層、滲金(jīn)屬層等。化(h•₩uà)學滲層淬火(huǒ)後不(bù)宜快(kuài)速回火(huǒ),$✔•尤其是(shì)300~C以下(xià)低(dī)溫回火(huǒ)→λ≠快(kuài)速加熱(rè),會(huì)促使表層形成拉應力,而鋼基體(tǐ)心部及過渡層形成壓縮€應力,當拉應力大(dà)于壓縮應力時(shí),導緻化(huπ★ε'à)學滲層被拉裂剝離(lí)。 預防措施: (1)應使模具鋼化(huà)學滲層濃度與硬度由表至α©內(nèi)平緩降低(dī),增強滲層與基體(tǐ)結合力,®✘滲後進行(xíng)擴散處理(lǐ)能(néng)使化(huà)學滲層與基體(tǐ)過§©↓渡均勻;(2)模具鋼化(huà)學處理(lǐ)之前進行(xíng)擴散退火(•₹✘huǒ)、球化(huà)退火(huǒ)、調質處理(lǐ),充分(fδ♣ēn)細化(huà)原始組織,能(néng)有(yǒu)效防止和(hε₩é)避免剝離(lí)裂紋産生(shēng),确保産品質量。 5網狀裂紋 裂紋深度較淺×£α±,一(yī)般深約0.01-1.5mm,呈輻射狀,别名龜₽σ 裂。原因主要(yào)有(yǒu): (1)原材料有(yǒu)較深脫碳層,冷(lěn ≈✔•g)切削加工(gōng)未去(qù)除,或成品模具在氧化(huà)氣≤π☆<氛爐中加熱(rè)造成氧化(huà)脫碳; (2)模具脫碳表層金(jīn)←×€♦屬組織與鋼基體(tǐ)馬氏體(tǐ)含碳量不(bù)同,比容不(bù)同,鋼脫碳表層€✔淬火(huǒ)時(shí)産生(shēng)大(dà)的(de)拉應力,因此,表層金(jīn)• 屬往往沿晶界被拉裂成網狀; (3)原材料是(shì)粗晶粒鋼,原始組織粗∞'♠大(dà),存在大(dà)塊狀鐵(tiě)素體(tǐ),常規淬火(h•±uǒ)無法消除,保留在淬火(huǒ)組織中,或控溫不(b' ù)準,儀表失靈,發生(shēng)組織過熱(rè),甚至過λ←φ↔燒,晶粒粗化(huà),失去(qù)晶界結合力,模具淬火(huǒ)冷(lěng)卻時(shí)鋼的©♦ε(de)碳化(huà)物(wù)沿奧氏體(tǐ)晶界析出,晶界強度大(d↔✘σ♥à)大(dà)降低(dī),韌性差,脆性大(dà),在拉應力作(zuò)用(yòng)下(xi∏♠à)沿晶界呈網狀裂開(kāi)。 預防措施: (1)嚴格原材料化(huà)學成分(fēn).♣β金(jīn)相(xiàng)組織和(hé)探傷檢查,不(bù)合格原材料和(hé)粗晶粒鋼不(bù$γ•¥)宜作(zuò)模具材料; (2)選用(yòng)細晶≠♣ש粒鋼、真空(kōng)電(diàn)爐鋼,投産前複查原材料脫碳層深≤€π度,冷(lěng)切削加工(gōng)餘量必須大(dà)于脫碳層深度ε→ ↕; (3)制(zhì)訂先進合理(lǐ)熱(rè)處理(lǐ)工÷ ☆(gōng)藝,選用(yòng)微(wēi)機(jī)控溫儀表,控制(zh$↓ì)精度達到(dào)±1.5℃,定時(shí)現(xiàn)場(chǎng)校(xiàoΩ♦↓α)驗儀表; (4)模具産品***終處理(lǐ)選用(yòng)真空(kōng)電(diàn)爐α∞、保護氣氛爐和(hé)經充分(fēn)脫氧鹽浴爐加熱(rè)模具産品等措施,有(yǒγ↔₹u)效防止和(hé)避免網狀裂紋形成。