PDF《常见的十种淬火裂纹分析与预防》

常见的十种淬火裂纹分析与预防 模具钢热处理中,淬火是常见工序.

然而,因种种原因,有时难免会产生淬火裂 纹,致使前功尽弃.分析裂纹产生原因,进而采取相应预防措施,具有显著的技 术经济效益.常见淬火裂纹有以下

10 种类型.

1、纵向裂纹 裂纹呈轴向,形状细而长.当模具完全淬透即无心淬火时,心部转变为比容 最大的淬火马氏体,产生切向拉应力,模具钢的含碳量愈高,产生的切向拉应力 愈大,当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成.以下因素又加剧了纵向 裂纹的产生: (1)钢中含有较多 S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As 等低熔点有害杂质,钢锭轧制时沿 轧制方向呈纵向严重偏析分布, 易产生应力集中形成纵向淬火裂纹或原材料轧制 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;

(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 8-15mm,中 低合金钢危险尺寸 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. 预防措施: (1)严格原材料入库检查,对有害杂质含量超标钢材不投产;

(2)尽量选用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔模具钢材;

(3)改进热处理工艺,采用真空加工热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及 分析淬火、等温淬火;

(4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透, 获得强韧性高的下贝氏体组织等措施, 大幅度降低拉应力,能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变.

2、横向裂纹 裂纹特征是垂直于轴向.未淬透模具,在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大 的拉应力峰值,大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值,因形成的轴向应力 大于切向应力,导致产生横向裂纹.锻造模块中 S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、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, 淬火后经扩展形成横向裂 纹. 预防措施: (1)模块应合理锻造,原材料长度与直径之比即锻造比最好选在 2-3 之间,锻造 之间双十字形变向锻造,经五镦五拔多火锻造,使钢中碳化物和杂质呈细、小、 匀分布于钢基体,锻造纤维组织围绕型腔无定向分布,大幅度提高模块横向力学 性能,减少和消除应力源;

(2)选择理想的冷却速度和冷却介质:在钢的 Ms 点以上快冷,大于该钢临界淬火 冷却速度, 钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力, 表层为压应力, 内层为张应力, 相互抵消,有效防止热应力裂纹形成,在钢的 Ms-Mf 之间缓冷,大幅度降低形成 淬火马氏体时的组织应力.当钢中热应力与相应应力总和为正(张应力)时,则易 淬裂,为负时,则不易淬裂.充分利用热应力,降低相变应力,控制应力总和为 负,能有效避免横向淬火裂纹发生.CL-1 有机淬火介质是较理想淬火剂,同时 可减少和避免淬火模具畸变,还可控制硬化层合理分布.调正 CL-1 淬火剂不同 浓度配比,可得到不同冷却速度,获得所需硬化层分布,满足不同模具钢需求.

3、弧状裂纹 常发生在模具棱角、凸台、刀纹、尖角、直角、缺口、孔穴、凹模接线飞边 等形状突变处.这是因为,淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的

10 倍. (1)钢中含碳(C)量和合金元素含量愈高,钢Ms 点愈低,Ms 点降低 2℃,则淬裂 纹倾向增加 1.2 倍,Ms 点降低 8℃,淬裂倾向则增加