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　　怪不得你的模具裂，熱處理工藝后10種淬火裂紋

　　文/鳳巢

　　模具鋼熱處理中，淬火是一種常見的工藝流程。但是，因各種原因，偶爾在所難免造成淬火裂紋，導(dǎo)致功虧一簣。剖析裂紋形成原因，從而采取相應(yīng)防范措施，具有顯著的專業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)收益。普遍淬火裂紋有如下10種類型。

　　1、豎向裂紋

　　裂紋呈徑向，樣子細(xì)而長。當(dāng)模具徹底淬透即無意淬火時，芯部轉(zhuǎn)變成汽化熱最大的一個淬火奧氏體，造成徑向拉應(yīng)力，模具鋼的含碳量愈高，所產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力越大，當(dāng)拉應(yīng)力超過該鋼屈服極限時造成豎向裂紋產(chǎn)生。下列要素又加重了豎向裂紋的形成：

　　(1)鋼里面含有比較多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有危害殘渣，鑄鋼件冷軋時沿軋制方向呈豎向比較嚴(yán)重縮松遍布，易產(chǎn)生應(yīng)力集中化產(chǎn)生豎向淬火裂紋或原料冷軋后空氣冷卻所形成的豎向裂紋精金礦掉保存在商品中造成最后淬火裂紋擴(kuò)張產(chǎn)生豎向裂紋；

　　(2)模具規(guī)格在鋼的淬裂比較敏感規(guī)格范圍之內(nèi)(碳合金鋼淬裂風(fēng)險尺寸為8-15mm，中高合金鋼風(fēng)險規(guī)格25-40mm)或者選擇的淬火冷卻介質(zhì)大大的超出該鋼的臨界值淬火冷速時均易形成豎向裂紋。

　　防范措施：

　　(1)嚴(yán)苛材料入庫查驗，對有毒殘渣成分超標(biāo)準(zhǔn)建筑鋼材不建成投產(chǎn)；

　　(2)盡量選擇真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔模具建筑鋼材；

　　(3)改善熱處理方法，選用真空泵生產(chǎn)加工熱、維護(hù)氛圍加熱和充足脫氨滲碳爐加溫及分析淬火、等溫過程淬火；

　　(4)變無意淬火為用心淬火且不徹底淬透，得到強(qiáng)韌性強(qiáng)的下貝氏體組織等舉措，大幅度減少拉應(yīng)力，能有效防止模具豎向干裂和淬火崎變。

　　2、橫著裂紋

　　裂紋特征就是垂直在徑向。未淬透模具，在淬硬層區(qū)與未淬硬層區(qū)銜接一部分存有大一點的拉應(yīng)力最高值，大中型模具快速降溫最易產(chǎn)生大一點的拉應(yīng)力最高值，因所形成的徑向應(yīng)力超過徑向應(yīng)力，造成產(chǎn)生橫著裂紋。煅造模塊中S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有危害雜質(zhì)橫著縮松或控制模塊存有橫著顯微鏡裂紋，淬火后復(fù)拓展產(chǎn)生橫著裂紋。

　　防范措施：

　　(1)控制模塊應(yīng)有效煅造，原料長短與孔徑比例即鍛造比最好是選擇在2-3中間，煅造中間雙十字彎曲向煅造，經(jīng)五鐓五拔多火煅造，使鋼中滲碳體和殘渣呈細(xì)、小、勻分布在鋼基材，煅造結(jié)締組織緊緊圍繞凹模無定項遍布，大大提高控制模塊橫著物理性能，降低和消除應(yīng)力源；

　　(2)挑選最理想的冷速和冷卻介質(zhì)：在鋼的Ms點之上空氣冷卻，超過該鋼臨界值淬火冷速，鋼中過冷奧氏體所產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力，表面為壓應(yīng)力，里層為張應(yīng)力，彼此相抵，有效預(yù)防熱應(yīng)力裂紋產(chǎn)生，在鋼的Ms-Mf中間緩冷，大幅度減少產(chǎn)生淬火奧氏體后的機(jī)構(gòu)應(yīng)力。當(dāng)鋼中熱應(yīng)力與相對應(yīng)應(yīng)力總數(shù)大于零(張應(yīng)力)時，則易淬裂，為負(fù)時，則不容易淬裂。靈活運用熱應(yīng)力，減少改變應(yīng)力，操縱應(yīng)力總數(shù)為負(fù)，能有效防止橫著淬火裂紋產(chǎn)生。CL-1有機(jī)化學(xué)淬火物質(zhì)是較理想淬火劑，同時還可以減少和防止淬火模具崎變，還可以操縱硬底化層有效遍布。調(diào)整CL-1淬火劑不一樣濃度配比，可獲得不一樣冷速，得到需要硬底化層遍布，滿足不同模具鋼要求。

　　3、弧狀裂紋

　　常出現(xiàn)于模具邊角、凸模、刀紋、斜角、斜角、空缺、主骨、型腔布線毛邊等樣子基因突變處。主要是因為，淬火時邊角處所產(chǎn)生的應(yīng)力是光滑表層均值應(yīng)力的10倍。

　　(1)鋼中含碳量(C)量與合金成分成分愈高，鋼Ms點愈低，Ms點減少2℃，則淬裂紋趨向提升1.2倍，Ms點減少8℃，淬裂趨向則提升8倍；

　　(2)鋼中不一樣機(jī)構(gòu)變化和同樣機(jī)構(gòu)變化不雙向性，考慮到不一樣機(jī)構(gòu)汽化熱差，造成巨大機(jī)構(gòu)應(yīng)力，造成機(jī)構(gòu)交匯處產(chǎn)生弧狀裂紋；

　　(3)淬火后未能及時回火，或回火不全面，鋼中殘余奧氏體未充足變化，保留在使用情況中，促進(jìn)應(yīng)力再次遍布，或模具服現(xiàn)役時殘余奧氏體產(chǎn)生馬氏體相變形成新的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)綜合性應(yīng)力超過該鋼屈服極限時就產(chǎn)生弧狀裂紋；

　　(4)具備第二類回火延性鋼，淬火后持續(xù)高溫回火緩冷，造成鋼中P、S等有害殘渣化學(xué)物質(zhì)沿位錯進(jìn)行析出，大幅度降低位錯結(jié)合性和強(qiáng)韌性，提升延性，服現(xiàn)役在外力的作用下產(chǎn)生弧狀裂紋。

　　防范措施：

　　(1)改善設(shè)計方案，盡量讓樣子對稱性，降低樣子基因突變，提升工藝孔與構(gòu)造柱，也可采用組成安裝；

　　(2)圓弧代斜角及尖角銳邊，圍繞孔代埋孔，增強(qiáng)尺寸精度和表面光滑度，降低應(yīng)力集中化源，針對避免不了斜角、斜角銳邊、埋孔等地方一般強(qiáng)度要求較低，可以用細(xì)鐵絲、石棉布、耐火泥等方面進(jìn)行捆扎或封堵，人為因素導(dǎo)致制冷天然屏障，使其遲緩制冷淬火，防止應(yīng)力集中化，避免淬火時弧狀裂紋產(chǎn)生；

　　(3)淬火鋼需及時回火，清除一部分淬火內(nèi)應(yīng)力，避免淬火應(yīng)力拓展；

　　(4)長時間回火，提升模具抗沖擊韌性值：

　　(5)充足回火，獲得平穩(wěn)機(jī)構(gòu)特性；

　　(6)數(shù)次回火使殘余奧氏體變化充足和消除一個新的應(yīng)力；

　　(7)有效回火，提升鑄鐵件疲憊抵抗力和整體機(jī)械設(shè)備物理性能；

　　(8)對有第二類回火延性模具鋼持續(xù)高溫回火后該空氣冷卻(水冷散熱或油冷)，可清除二類回火延性，避免和防止淬火時弧狀裂紋樣子。

　　4、脫離裂紋

　　模具服現(xiàn)役在應(yīng)力影響下，淬火硬底化層一塊塊從鋼基材中脫離。因模具表面組織與芯部機(jī)構(gòu)汽化熱不一樣，淬火時表面產(chǎn)生徑向、徑向淬火應(yīng)力，軸向造成拉應(yīng)力，同時向內(nèi)部結(jié)構(gòu)基因突變，在應(yīng)力大幅度轉(zhuǎn)變范疇窄小處造成脫離裂紋，常發(fā)生在經(jīng)表面化學(xué)熱處理模具制冷環(huán)節(jié)中，因表面化學(xué)改性與鋼基體相變不雙向性造成內(nèi)表層淬火奧氏體澎漲不同步進(jìn)行，造成大一點的改變應(yīng)力，造成氧化處理滲層從基材體系中脫離。如火苗表層淬硬層、高頻率表層淬硬層、滲碳層、碳氮共滲層、高頻淬火層、滲硼層、滲金屬材料層等。有機(jī)化學(xué)滲層淬火后不適合迅速回火，特別是300℃以內(nèi)超低溫回火迅速加溫，會使表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，而鋼基材芯部及過渡層產(chǎn)生縮小應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過縮小應(yīng)力時，造成有機(jī)化學(xué)滲層被開裂脫離。

　　防范措施：

　　(1)應(yīng)以模具鋼有機(jī)化學(xué)滲層濃度值與強(qiáng)度由表至內(nèi)輕緩減少，加強(qiáng)滲層與基材結(jié)合性，滲之后進(jìn)行擴(kuò)散處理可以使有機(jī)化學(xué)滲層與基材銜接勻稱；

　　(2)模具鋼氧化處理前進(jìn)行擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、調(diào)質(zhì)熱處理，完全優(yōu)化初始機(jī)構(gòu)，可以有效防止和防止脫離裂紋造成，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

　　5、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)裂紋

　　裂紋深層偏淺，一般深約0.01～1.5mm，呈放射狀，別稱開裂。緣故主要包括：

　　(1)原料有比較深脫碳層，制冷削生產(chǎn)加工未清除，或制成品模具在氧化氣氛爐中加溫導(dǎo)致空氣氧化滲碳；

　　(2)模具滲碳表面金屬材料組織和鋼基材奧氏體含碳不一樣，汽化熱不一樣，鋼滲碳表面淬火后產(chǎn)生大一點的拉應(yīng)力，因而，表面金屬材料通常沿位錯被開裂成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；

　　(3)原料是粗晶體鋼，初始機(jī)構(gòu)粗壯，出現(xiàn)大小塊金相組織，基本淬火沒法清除，保留在淬火體系中，或溫度控制禁止，儀表盤失效，出現(xiàn)機(jī)構(gòu)超溫，乃至粗晶，晶體鈍化處理，失掉位錯結(jié)合性，模具淬火制冷時鋼的滲碳體沿馬氏體位錯進(jìn)行析出，位錯抗壓強(qiáng)度大幅度降低，延展性差，延性大，在拉應(yīng)力功效下邊緣位錯呈網(wǎng)狀破裂。

　　防范措施：

　　(1)嚴(yán)格要求原料成分、合金成分和無損探傷查驗，不過關(guān)原材料和粗晶體鋼不能作模具原材料；

　　(2)采用細(xì)晶體鋼、真空電爐鋼，建成投產(chǎn)前復(fù)診原料脫碳層深層，冷鉆削加工的剩余量務(wù)必超過脫碳層深層；

　　(3)制定優(yōu)秀有效熱處理方法，使用微型機(jī)溫度控制儀表盤，精度做到±1.5℃，按時現(xiàn)場校驗儀表；

　　(4)模具商品最后解決采用真空電爐、維護(hù)氣氛爐和經(jīng)充足脫氨滲碳爐加溫模具商品等舉措，有效預(yù)防和防止網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)裂紋產(chǎn)生。

　　6、冷暴力裂紋

　　模具鋼多無新增、高碳鋼碳素鋼，淬火后也有部分過冷奧氏體未轉(zhuǎn)化成奧氏體，保留在使用情況中變成殘余奧氏體，危害性能指標(biāo)。若放置零度以下持續(xù)制冷，能促進(jìn)殘余奧氏體產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，因而，冷暴力的本質(zhì)是淬火再次。常溫下淬火應(yīng)力和零度下淬火應(yīng)力累加，當(dāng)累加應(yīng)力超出該材料屈服極限時就產(chǎn)生冷暴力裂紋。請關(guān)注熱處理工藝生態(tài)鏈！

　　防范措施：

　　(1)淬火后冷暴力以前將模具放置開水中煮30-60min，可清除15％-25％淬火內(nèi)應(yīng)力從而使殘余奧氏體防老化，然后再進(jìn)行-60℃基本冷暴力，或者進(jìn)行-120℃深冷處理，氣溫愈低，殘余奧氏體轉(zhuǎn)化成奧氏體量越多，但是不很有可能所有變化完，實驗表明，大約是2％-5％殘余奧氏體保存下來，按必須保存少許殘余奧氏體可松弛應(yīng)力，起調(diào)節(jié)作用，因殘余奧氏體又嫩又韌，能一部分消化吸收奧氏體化大幅度澎漲動能，緩解改變應(yīng)力；

　　(2)冷處理完畢后取下模具資金投入熱水中提溫，可清除40％-60％冷暴力應(yīng)力，提溫至室內(nèi)溫度后該立即回火，冷暴力應(yīng)力進(jìn)一步清除，防止冷暴力裂紋產(chǎn)生，得到可靠性機(jī)構(gòu)特性，保證模具商品儲放與使用當(dāng)中產(chǎn)生崎變。

　　7、切削裂紋

　　常出現(xiàn)于模具制成品淬火、回火后切削冷加工中，大部分所形成的細(xì)小裂紋與切削方位豎直，深約0.05-1.0mm。

　　(1)原料預(yù)疏忽大意，尚未充足清除原料小塊、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、帶條狀滲碳體和發(fā)生嚴(yán)重滲碳；

　　(2)最后淬火加溫溫度太高，產(chǎn)生超溫，晶粒粗大，形成比較多殘余奧氏體；

　　(3)在切削后發(fā)生應(yīng)力引起改變，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成奧氏體，機(jī)構(gòu)應(yīng)力大，再加上因回火不全面，留出比較多殘留拉應(yīng)力，與切削機(jī)構(gòu)應(yīng)力累加，或因為切削速率、走刀量多及制冷不合理，造成金屬材料表面切削熱驟然提溫至淬火加熱溫度，隨著磨削液制冷，導(dǎo)致切削表面二次淬火，多種多樣應(yīng)力綜合性，超出該材料屈服極限，便導(dǎo)致表面金屬材料切削裂紋。

　　防范措施：

　　(1)對原料開展改鍛，數(shù)次雙十字彎曲向鐓拔煅造，經(jīng)四鐓四拔，使煅造結(jié)締組織緊緊圍繞凹?；蛑行木€呈波浪狀對稱結(jié)構(gòu)，并通過最終一火持續(xù)高溫余熱回收開展淬火，然后持續(xù)高溫回火，能更好地清除小塊、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、線形和環(huán)狀滲碳體，使馬氏體優(yōu)化至2-3級；

　　(2)制定前沿的熱處理方法，操縱最后淬火殘余奧氏體成分不超標(biāo)準(zhǔn)；

　　(3)淬火后及時回火，清除淬火應(yīng)力；

　　(4)適當(dāng)調(diào)整切削速率、切削量、切削冷速，可以有效防止和避免出現(xiàn)切削裂紋產(chǎn)生。

　　8、線割裂紋

　　該裂紋出現(xiàn)在了通過淬火、回火的組件在線切割環(huán)節(jié)中，此過程影響了金屬材料表面、內(nèi)層和芯部應(yīng)力場分布情況，淬火殘留內(nèi)應(yīng)力不平衡變型，某一地區(qū)發(fā)生大一點的拉應(yīng)力，此拉應(yīng)力超過該模具原材料屈服極限時造成爆裂，裂紋是弧尾狀雄渾霉變層裂紋。實驗表明，線割流程是部分持續(xù)高溫充放電和快速制冷全過程，使金屬材料表面產(chǎn)生樹技鑄態(tài)組織凝結(jié)層，造成600-900MPa拉應(yīng)力和厚約0.03mm高應(yīng)力二次淬火白凈層。

　　裂紋形成原因：

　　(1)原料存在重大的滲碳體縮松；

　　(2)儀表盤失效，淬火加溫溫度太高，晶粒粗大，減少原材料強(qiáng)韌性，提升延性；

　　(3)淬火產(chǎn)品工件未能及時回火和回火不全面，存有過大殘留內(nèi)應(yīng)力和線割環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力累加造成線割裂紋。

　　防范措施：

　　(1)嚴(yán)苛材料入庫前檢查，保證原料機(jī)構(gòu)成份達(dá)標(biāo)，對未達(dá)標(biāo)原料務(wù)必改善鍛，摧毀滲碳體，使成分、合金成分等做到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后才可建成投產(chǎn)、控制模塊熱處理工藝前生產(chǎn)加工制成品需留夠一定磨量后淬火、回火、線割；

　　(2)摻燒前校檢儀表盤，使用微型機(jī)溫度控制，溫度控制精密度±1.5℃，真空燒結(jié)爐、維護(hù)氣氛爐加溫，堅決杜絕超溫和空氣氧化滲碳；

　　(3)選用等級分類淬火、等溫過程淬火和淬火后立即回火，數(shù)次回火，充足清除內(nèi)應(yīng)力，為線割發(fā)揮特長；

　　(4)制定科學(xué)規(guī)范線割加工工藝。

　　9、疲憊裂紋

　　模具服現(xiàn)役在交替變化應(yīng)力反復(fù)作用下所形成的顯微鏡疲憊裂紋遲緩?fù)卣?，造成忽然疲勞斷裂?/p>

　　(1)原料存有砂面、自點、孔隙度、松散、非金屬夾雜、滲碳體比較嚴(yán)重縮松、帶條狀組織、小塊分散金相組織冶金工業(yè)組織缺點，破壞基材組織持續(xù)性，產(chǎn)生不勻應(yīng)力。鑄鋼件中112未清除，造成冷軋時產(chǎn)生小白點。鋼上存在Bi、 Pb、Sn、As和S、P等有害殘渣，鋼里的P易導(dǎo)致脆性斷裂，而s易導(dǎo)致熱脆，S，P有危害殘渣超標(biāo)準(zhǔn)均易形成疲憊源；

　　(2)有機(jī)化學(xué)滲層太厚、濃度值太大、滲層過多、硬底化層過淺、過渡區(qū)強(qiáng)度劣等都可以造成原材料疲勞極限大幅度減少；

　　(3)當(dāng)模面生產(chǎn)加工不光滑、精密度低、光滑度差，及其刀紋，印字、刮痕、磕傷、浸蝕表面等都易導(dǎo)致應(yīng)力造成疲勞斷裂。

　　防范措施：

　　(1)嚴(yán)苛選料，保證材料，操縱Pb、As、Sn等低熔點殘渣與S、P非金屬材料殘渣成分不超標(biāo)準(zhǔn)；

　　(2)建成投產(chǎn)時進(jìn)行材料查驗，不過關(guān)原料不建成投產(chǎn)；

　　(3)采用具備純潔性高、殘渣少、成分勻稱、晶體細(xì)．滲碳體小、等向性能好，疲勞極限高等特點的電渣重熔精煉鐵，對模具型面表層噴丸強(qiáng)化和表面化學(xué)滲層改性材料加強(qiáng)解決，使金屬材料表面為預(yù)壓處理地應(yīng)力，相抵模具服現(xiàn)役過程中產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，提升模具型面疲勞極限；

　　(4)提升模具型面尺寸精度和光滑度；

　　(5)改進(jìn)有機(jī)化學(xué)滲層和固化層組織性能；

　　（6）選用微機(jī)控制有機(jī)化學(xué)滲層薄厚、濃度和硬底化層厚度。

　　10、應(yīng)力腐蝕裂痕

　　該裂縫常產(chǎn)生在使用中。金屬材料模具因化學(xué)變化或電化學(xué)腐蝕全過程，造成由表至內(nèi)組織構(gòu)造毀壞腐蝕性而出現(xiàn)干裂，這便是應(yīng)力腐蝕裂痕。模具鋼因熱處理工藝后組織不一樣，抗蝕性能也不盡相同。最耐腐蝕組織為馬氏體(A)，容易浸蝕組織為屈氏體(T)，分別為金相組織(F)奧氏體(M)鐵素體(P)屈氏體(S)。因而，模具鋼熱處理不適合獲得T組織。淬硬鋼雖經(jīng)回火，但是因為回火不全面，熱處理熱應(yīng)力多多少少仍然存在，模具服現(xiàn)役在外力的作用下還會形成新的地應(yīng)力，凡有地應(yīng)力存在金屬材料模具中便會有應(yīng)力腐蝕裂痕產(chǎn)生。

　　防范措施：

　　(1)模具鋼淬火后該立即回火，充足回火，數(shù)次回火，以消除熱處理熱應(yīng)力；

　　(2)模具鋼淬火后一般不能在350-400℃回火，因T組織常在這里環(huán)境溫度發(fā)生，產(chǎn)生有T組織模具應(yīng)處理完畢，模具應(yīng)做防銹，提升抗蝕性能；

　　(3)熱作模具服現(xiàn)役時進(jìn)行超低溫加熱，冷工模具服現(xiàn)役一個階段后進(jìn)行一次超低溫回火時效處理，不但可防止和防止應(yīng)力腐蝕裂痕產(chǎn)生，還可以大大提高模具使用期限，一舉兩得，有明顯技術(shù)性經(jīng)濟(jì)收益。

　　小編：