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模具鋼淬火十種裂紋分析與措施

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):110
核心提示:

 1、縱向裂紋

  裂紋呈軸向,形狀細(xì)而長(zhǎng)。當(dāng)模具完全淬透即無(wú)心淬火時(shí),心部轉(zhuǎn)變?yōu)楸热葑畲蟮拇慊瘃R氏體,產(chǎn)生切向拉應(yīng)力,模具鋼的含碳量愈高,產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力愈大,當(dāng)拉應(yīng)力大于該鋼強(qiáng)度極限時(shí)導(dǎo)致縱向裂紋形成。以下因素又加劇了縱向裂紋的產(chǎn)生:(1)鋼中含有較多S、P、***、Bi、Pb、Sn、As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì),鋼錠軋制時(shí)沿軋制方向呈縱向嚴(yán)重偏析分布,易產(chǎn)生應(yīng)力集中形成縱向淬火裂紋,或原材料軋制后快冷形成的縱向裂紋未加工掉保留在產(chǎn)品中導(dǎo)致最終淬火裂紋擴(kuò)大形成縱向裂紋;(2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(nèi)(碳工具鋼淬裂危險(xiǎn)尺寸為8-15mm,中低合金鋼危險(xiǎn)尺寸為25-40mm)或選擇的淬火冷卻介質(zhì)大大超過(guò)該鋼的臨界淬火冷卻速度時(shí)均易形成縱向裂紋。

  預(yù)防措施:(1)嚴(yán)格原材料入庫(kù)檢查,對(duì)有害雜質(zhì)含量超標(biāo)鋼材不投產(chǎn);(2)盡量選用真空冶煉,爐外精煉或電渣重熔模具鋼材;(3)改進(jìn)熱處理工藝,采用真空加熱、保護(hù)氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級(jí)淬火、等溫淬火;(4)變無(wú)心淬火為有心淬火即不完全淬透,獲得強(qiáng)韌性高的下貝氏體組織等措施,大幅度降低拉應(yīng)力,能有效避免模具縱向開(kāi)裂和淬火畸變。

  2、橫向裂紋

  裂紋特征是垂直于軸向。未淬透模具,在淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)過(guò)渡部分存在大的拉應(yīng)力峰值,大型模具快速冷卻時(shí)易形成大的拉應(yīng)力峰值,因形成的軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力,導(dǎo)致產(chǎn)生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P.***,Bi,Pb,Sn,As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋,淬火后經(jīng)擴(kuò)展形成橫向裂紋。

  預(yù)防措施:(1)模塊應(yīng)合理鍛造,原材料長(zhǎng)度與直徑之比即鍛造比最好選在2—3之間,鍛造采用雙十字形變向鍛造,經(jīng)五鐓五拔多火鍛造,使鋼中碳化物和雜質(zhì)呈細(xì)、小,勻分布于鋼基體,鍛造纖維組織圍繞型腔無(wú)定向分布,大幅度提高模塊橫向力學(xué)性能,減少和消除應(yīng)力源;(2)選擇理想的冷卻速度和冷卻介質(zhì):在鋼的Ms點(diǎn)以上快冷,大于該鋼臨界淬火冷卻速度,鋼中過(guò)冷奧氏體產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力,表層為壓應(yīng)力,內(nèi)層為張應(yīng)力,相互抵消,有效防止熱應(yīng)力裂紋形成,在鋼的Ms—Mf之間緩冷,大幅度降低形成淬火馬氏體時(shí)的組織應(yīng)力。當(dāng)鋼中熱應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)力總和為正(張應(yīng)力)時(shí),則易淬裂,為負(fù)時(shí),則不易淬裂。充分利用熱應(yīng)力,降低相變應(yīng)力,控制應(yīng)力總和為負(fù),能有效避免橫向淬火裂紋發(fā)生。CL-1有機(jī)淬火介質(zhì)是較理想淬火劑,同時(shí)可減少和避免淬火模具畸變,還可控制硬化層合理分布。調(diào)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、弧狀裂紋

  常發(fā)生在模具棱角角、缺口、孔穴、凹模接線飛邊等形狀突變處。這是因?yàn),淬火時(shí)棱角處產(chǎn)生的應(yīng)力是平滑表面平均應(yīng)力的10倍。另外,(1)鋼中含碳(C)量和合金元素含量愈高,鋼Ms點(diǎn)愈低,Ms點(diǎn)降低2℃,則淬裂傾向增加1.2倍,Ms點(diǎn)降低8℃,淬裂傾向則增加8倍;(2)鋼中不同組織轉(zhuǎn)變和相同組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性,由于不同組織比容差,造成巨大組織應(yīng)力,導(dǎo)致組織交界處形成弧狀裂紋;(3)淬火后未及時(shí)回火,或回火不充分,鋼中殘余奧氏體未充分轉(zhuǎn)變,保留在使用狀態(tài)中,促進(jìn)應(yīng)力重新分布,或模具服役時(shí)殘余奧氏體發(fā)生馬氏體相變產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)綜合應(yīng)力大于該鋼強(qiáng)度極限時(shí)便形成弧狀裂紋;(4)具有第二類(lèi)回火脆性鋼,淬火后高溫回火緩冷,導(dǎo)致鋼中P,s等有害雜質(zhì)化合物沿晶界析出,大大降低晶界結(jié)合力和強(qiáng)韌性,增加脆性,服役時(shí)在外力作用下形成弧狀裂紋。

  預(yù)防措施:(1)改進(jìn)設(shè)計(jì),盡量使形狀對(duì)稱(chēng),減少形狀突變,增加工藝孔與加強(qiáng)筋,或采用組合裝配;(2)圓角代直角及尖角銳邊,貫穿孔代盲孔,提高加工精度和表面光潔度,減少應(yīng)力集中源,對(duì)于無(wú)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、石棉繩、耐火泥等進(jìn)行包扎或填塞,人為造成冷卻屏障,使之緩慢冷卻淬火,避免應(yīng)力集中,防止淬火時(shí)弧狀裂紋形成;(3)淬火鋼應(yīng)及時(shí)回火,消除部分淬火內(nèi)應(yīng)力,防止淬火應(yīng)力擴(kuò)展;(4)較長(zhǎng)時(shí)間回火,提高模具抗斷裂韌性值;(5)充分回火,得到穩(wěn)定組織性能;多次回火使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變充分和消除新的應(yīng)力;(7)合理回火,提高鋼件疲勞抗力和綜合機(jī)械力學(xué)性能;對(duì)于有第二類(lèi)回火脆性模具鋼高溫回火后應(yīng)快冷(水冷或油冷),可消除二類(lèi)回火脆性,防止和避免淬火時(shí)弧狀裂紋形成。

  4、剝離裂紋

  模具服役時(shí)在應(yīng)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織比容不同,淬火時(shí)表層形成軸向、切向淬火應(yīng)力,徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力,并向內(nèi)部突變,在應(yīng)力急劇變化范圍較窄處產(chǎn)生剝離裂紋,常發(fā)生于經(jīng)表層化學(xué)熱處理模具冷卻過(guò)程中,因表層化學(xué)改性與鋼基體相變不同時(shí)性引起內(nèi)外層淬火馬氏體膨脹不同時(shí)進(jìn)行,產(chǎn)生大的相變應(yīng)力,導(dǎo)致化學(xué)處理滲層從基體組織中剝離。如火焰表面淬硬層、高頻表面淬硬層、滲碳層、碳氮共滲層、滲氮層、滲硼層、滲金屬層等。化學(xué)滲層淬火后不宜快速回火,尤其是300~C以下低溫回火快速加熱,會(huì)促使表層形成拉應(yīng)力,而鋼基體心部及過(guò)渡層形成壓縮應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于壓縮應(yīng)力時(shí),導(dǎo)致化學(xué)滲層被拉裂剝離。

  預(yù)防措施:(1)應(yīng)使模具鋼化學(xué)滲層濃度與硬度由表至內(nèi)平緩降低,增強(qiáng)滲層與基體結(jié)合力,滲后進(jìn)行擴(kuò)散處理能使化學(xué)滲層與基體過(guò)渡均勻;(2)模具鋼化學(xué)處理之前進(jìn)行擴(kuò)散退火、球化退火、調(diào)質(zhì)處理,充分細(xì)化原始組織,能有效防止和避免剝離裂紋產(chǎn)生,確保產(chǎn)品質(zhì)量。

  5、網(wǎng)狀裂紋

  裂紋深度較淺,一般深約0.01-1.5mm,呈輻射狀,別名龜裂。原因主要有:(1)原材料有較深脫碳層,冷切削加工未去除,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體含碳量不同,比容不同,鋼脫碳表層淬火時(shí)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力,因此,表層金屬往往沿晶界被拉裂成網(wǎng)狀;(3)原材料是粗晶粒鋼,原始組織粗大,存在大塊狀鐵素體,常規(guī)淬火無(wú)法消除,保留在淬火組織中,或控溫不準(zhǔn),儀表失靈,發(fā)生組

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