1、縱向裂紋
裂紋呈軸向,形狀細而長蹄皱。當模具完全淬透即無心淬火時,心部轉變?yōu)楸热葑畲蟮拇慊瘃R氏體,產生切向拉應力菌湃,模具鋼的含碳量愈高问拘,產生的切向拉應力愈大,當拉應力大于該鋼強度極限時導致縱向裂紋形成惧所。以下因素又加劇了縱向裂紋的產生: (1)鋼中含有較多S骤坐、P、***下愈、Bi纽绍、Pb、Sn势似、As等低熔點有害雜質拌夏,鋼錠軋制時沿軋制方向呈縱向嚴重偏析分布,易產生應力集中形成縱向淬火裂紋履因,或原材料軋制后快冷形成的縱向裂紋未加工掉保留在產品中導致最終淬火裂紋擴大形成縱向裂紋辰诉; (2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(碳工具鋼淬裂危險尺寸為8-15mm圣治,中低合金鋼危險尺寸為25-40mm)或選擇的淬火冷卻介質大大超過該鋼的臨界淬火冷卻速度時均易形成縱向裂紋。
預防措施: (1)嚴格原材料入庫檢查敏袄,對有害雜質含量超標鋼材不投產辙紧; (2)盡量選用真空冶煉,爐外精煉或電渣重熔模具鋼材坚为; (3)改進熱處理工藝苟可,采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火尿绕、等溫淬火想阎; (4)變無心淬火為有心淬火即不完全淬透,獲得強韌性高的下貝氏體組織等措施桂葛,大幅度降低拉應力样矢,能有效避免模具縱向開裂和淬火畸變。
2秀裂、橫向裂紋
裂紋特征是垂直于軸向那岁。未淬透模具,在淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)過渡部分存在大的拉應力峰值魔种,大型模具快速冷卻時易形成大的拉應力峰值析二,因形成的軸向應力大于切向應力,導致產生橫向裂紋节预。鍛造模塊中S叶摄、P.***,Bi安拟,Pb蛤吓,Sn,As等低熔點有害雜質的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋糠赦,淬火后經擴展形成橫向裂紋会傲。
預防措施: (1)模塊應合理鍛造,原材料長度與直徑之比即鍛造比最好選在2—3之間拙泽,鍛造采用雙十字形變向鍛造淌山,經五鐓五拔多火鍛造,使鋼中碳化物和雜質呈細顾瞻、小泼疑,勻分布于鋼基體,鍛造纖維組織圍繞型腔無定向分布株速,大幅度提高模塊橫向力學性能闸声,減少和消除應力源; (2)選擇理想的冷卻速度和冷卻介質:在鋼的Ms點以上快冷唉箩,大于該鋼臨界淬火冷卻速度劣饺,鋼中過冷奧氏體產生的應力為熱應力印姑,表層為壓應力,內層為張應力契片,相互抵消狮贪,有效防止熱應力裂紋形成,在鋼的Ms—Mf之間緩冷汛欺,大幅度降低形成淬火馬氏體時的組織應力尾杆。當鋼中熱應力與相應應力總和為正(張應力)時,則易淬裂琉语,為負時狗丙,則不易淬裂。充分利用熱應力密哈,降低相變應力暇昂,控制應力總和為負,能有效避免橫向淬火裂紋發(fā)生伴嗡。CL-1有機淬火介質是較理想淬火劑急波,同時可減少和避免淬火模具畸變,還可控制硬化層合理分布瘪校。調正CL-1 淬火劑不同濃度配比澄暮,可得到不同冷卻速度,獲得所需硬化層分布阱扬,滿足不同模具鋼需求泣懊。
3、弧狀裂紋
常發(fā)生在模具棱角角麻惶、缺口馍刮、孔穴、 凹模接線飛邊等形狀突變處窃蹋。這是因為渠退,淬火時棱角處產生的應力是平滑表面平均應力的10倍。另外脐彩, (1)鋼中含碳(C)量和合金元素含量愈高,鋼Ms點愈低吠败,Ms點降低2℃发刨,則淬裂傾向增加1.2倍,Ms點降低8℃镇轿,淬裂傾向則增加8倍太队; (2)鋼中不同組織轉變和相同組織轉變不同時性,由于不同組織比容差斟彻,造成巨大組織應力痢玖,導致組織交界處形成弧狀裂紋光稽; (3)淬火后未及時回火,或回火不充分氨案,鋼中殘余奧氏體未充分轉變也拳,保留在使用狀態(tài)中,促進應力重新分布锻刺,或模具服役時殘余奧氏體發(fā)生馬氏體相變產生新的內應力绝迁,當綜合應力大于該鋼強度極限時便形成弧狀裂紋; (4)具有第二類回火脆性鋼懂版,淬火后高溫回火緩冷鹃栽,導致鋼中P,s等有害雜質化合物沿晶界析出躯畴,大大降低晶界結合力和強韌性民鼓,增加脆性,服役時在外力作用下形成弧狀裂紋蓬抄。
預防措施: (1)改進設計丰嘉,盡量使形狀對稱,減少形狀突變倡鲸,增加工藝孔與加強筋供嚎, 或采用組合裝配; (2)圓角代直角及尖角銳邊峭状,貫穿孔代盲孔克滴,提高加工精度和表面光潔度,減少應力集中源优床,對于無法避免直角劝赔、尖角銳邊、盲孔等處一般硬度要求不高胆敞,可用鐵絲诸痢、石棉繩、耐火泥等進行包扎或填塞酝梧,人為造成冷卻屏障斜回,使之緩慢冷卻淬火,避免應力集中掸阶,防止淬火時弧狀裂紋形成凳贰;(3)淬火鋼應及時回火,消除部分淬火內應力窟著,防止淬火應力擴展哗励; (4)較長時間回火,提高模具抗斷裂韌性值危暇; (5)充分回火界橱,得到穩(wěn)定組織性能湃彻;多次回火使殘余奧氏體轉變充分和消除新的應力; (7)合理回火,提高鋼件疲勞抗力和綜合機械力學性能; 對于有第二類回火脆性模具鋼高溫回火后應快冷(水冷或油冷)滋饲,可消除二類回火脆性,防止和避免淬火時弧狀裂紋形成牌借。
4、剝離裂紋
模具服役時在應力作用下割按,淬火硬化層一塊塊從鋼基體中剝離膨报。因模具表層組織和心部組織比容不同,淬火時表層形成軸向适荣、切向淬火應力现柠,徑向產生拉應力,并向內部突變弛矛,在應力急劇變化范圍較窄處產生剝離裂紋够吩,常發(fā)生于經表層化學熱處理模具冷卻過程中,因表層化學改性與鋼基體相變不同時性引起內外層淬火馬氏體膨脹不同時進行丈氓,產生大的相變應力周循,導致化學處理滲層從基體組織中剝離。如火焰表面淬硬層万俗、高頻表面淬硬層湾笛、滲碳層、碳氮共滲層辆泄、滲氮層蟋真、滲硼層、滲金屬層等铐坠】崴化學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遂涛,會促使表層形成拉應力悦阿,而鋼基體心部及過渡層形成壓縮應力,當拉應力大于壓縮應力時乏乔,導致化學滲層被拉裂剝離丝板。
預防措施: (1)應使模具鋼化學滲層濃度與硬度由表至內平緩降低,增強滲層與基體結合力勿镇,滲后進行擴散處理能使化學滲層與基體過渡均勻;(2)模具鋼化學處理之前進行擴散退火盘瞧、球化退火蚂兴、調質處理柒浙,充分細化原始組織,能有效防止和避免剝離裂紋產生章姓,確保產品質量佳遣。
5、網狀裂紋
裂紋深度較淺凡伊,一般深約0.01-1.5mm零渐,呈輻射狀,別名龜裂系忙。原因主要有: (1)原材料有較深脫碳層诵盼,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银还; (2)模具脫碳表層金屬組織與鋼基體馬氏體含碳量不同风宁,比容不同,鋼脫碳表層淬火時產生大的拉應力蛹疯,因此戒财,表層金屬往往沿晶界被拉裂成網狀; (3)原材料是粗晶粒鋼捺弦,原始組織粗大饮寞,存在大塊狀鐵素體,常規(guī)淬火無法消除脂槽,保留在淬火組織中拜岂,或控溫不準,儀表失靈妨宙,發(fā)生組織過熱矫摸,甚至過燒,晶粒粗化伐歇,失去晶界結合力烧锋,模具淬火冷卻時鋼的碳化物沿奧氏體晶界析出,晶界強度大大降低磁姻,韌性差密梯,脆性大,在拉應力作用下沿晶界呈網狀裂開革睬。
預防措施: (1)嚴格原材料化學成分.金相組織和探傷檢查安影,不合格原材料和粗晶粒鋼不宜作模具材料; (2)選用細晶粒鋼竣康、真空電爐鋼膏蚓,投產前復查原材料脫碳層深度,冷切削加工余量必須大于脫碳層深度; (3)制訂先進合理熱處理工藝驮瞧,選用微機控溫儀表氓扛,控制精度達到±1.5℃,定時現場校驗儀表论笔; (4)模具產品最終處理選用真空電爐采郎、保護氣氛爐和經充分脫氧鹽浴爐加熱模具產品等措施,有效防止和避免網狀裂紋形成狂魔。
6蒜埋、冷處理裂紋
模具鋼多為中,高碳合金鋼最楷,淬火后還有部分過冷奧氏體未轉變成馬氏體整份,保留在使用狀態(tài)中成為殘余奧氏體,影響使用性能管嬉。若置于零度以下繼續(xù)冷卻皂林,能促使殘余奧氏體發(fā)生馬氏體轉變,因此蚯撩,冷處理的實質是淬火繼續(xù)密巷。室溫下淬火應力和零度下淬火應力疊加,當疊回應力超過該材料強度極限時便形成冷處理裂紋饲悟。
預防措施: (1)淬火后冷處理之前將模具置于沸水中煮30—60min循贝,可消除15%-25%淬火內應力并使殘余奧氏體穩(wěn)定化,再進行-60℃常規(guī)冷處理根朱,或進行-120℃深冷處理尉利,溫度愈低,殘余奧氏體轉變成馬氏體量愈多敏盒,但不可能全部轉變完汤顷,實驗表明,約有2%-5%殘余奧氏體保留下來翁凳,按需要保留少量殘余奧氏體可松馳應力递促,起緩沖作用,因殘余奧氏體又軟又韌县趴,能部分吸收馬氏體化急劇膨脹能量送魁,緩和相變應力; (2)冷處理完畢后取出模具投入熱水中升溫锭汛,可消除40%-60%冷處理應力笨奠,升溫至室溫后應及時回火,冷處理應力進一步消除唤殴,避免冷處理裂紋形成般婆,獲得穩(wěn)定組織性能到腥,確保模具產品存放和使用中不發(fā)生畸變。
7蔚袍、磨削裂紋
常發(fā)生在模具成品淬火左电、回火后磨削冷加工過程中,多數形成的微細裂紋與磨削方向垂直页响,深約0.05—1.0mm。 (1)原材料預處理不當段誊,未能充分消除原材料塊狀闰蚕、網狀、帶狀碳化物和發(fā)生嚴重脫碳连舍; (2)最終淬火加熱溫度過高没陡,發(fā)生過熱,晶粒粗大审亿,生成較多殘余奧氏體焊循; (3)在磨削時發(fā)生應力誘發(fā)相變,使殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體最咖,組織應力大沈跷,加上因回火不充分,留有較多殘余拉應力碑甘,與磨削組織應力疊加亮铛,或因磨削速度、進刀量大及冷卻不當销顷,導致金屬表層磨削熱急劇升溫至淬火加熱溫度受卒,隨之磨削液冷卻,造成磨削表層二次淬火灼烫,多種應力綜合筋蝴,超過該材料強度極限,便引起表層金屬磨削裂紋窄忱。
預防措施: (1)對原材料進行改鍛岛涝,多次雙十字形變向鐓拔鍛造,經四鐓四拔炸渡,使鍛造纖維組織圍繞型腔或軸線呈波浪形對稱分布娜亿,并利用最后一火高溫余熱進行淬火,接著高溫回火蚌堵,能充分消除塊狀买决、網狀、帶狀和鏈狀碳化物吼畏,使碳化物細化至2-3級督赤; (2)制訂先進的熱處理工藝,控制最終淬火殘余奧氏體含量不超標; (3)淬火后及時進行回火躲舌、消除淬火應力丑婿; (4)適當降低磨削速度、磨削量没卸,磨削冷卻速度羹奉,能有效防止和避免磨削裂紋形成。
8约计、線切割裂紋
該裂紋出現在經過淬火诀拭、回火的模塊在線切割加工過程中,此過程改變了金屬表層善簸、中間層和心部應力場分布狀態(tài)传撰,淬火殘余內應力失去平衡變形,某一區(qū)域出現大的拉應力呛产,此拉應力大干該模具材料強度極限時導致炸裂距搂,裂紋是弧尾狀剛勁變質層裂紋。實驗表明治勒,線切割過程是局部高溫放電和迅速冷卻過程恰磷,使金屬表層形成樹枝狀鑄態(tài)組織凝固層,產生600-900MPa拉應力和厚約0.03mm的高應力二次淬火白亮層路倔。裂紋產生原因: (1)原材料存在嚴重的碳化物偏析失跷; (2)儀表失靈,淬火加熱溫度過高搂棱,晶粒粗大叔梆,降低材料強韌性,增加脆性偏控; (3)淬火工件未及時回火和回火不充分筑凫,存在過大的殘余內應力和線切割過程中形成的新內應力疊加導致線切割裂紋。
預防措施: (1)嚴格原材料入庫前檢查并村,確保原材料組織成分合格巍实,對不合格原材料必須進行改鍛,擊碎碳化物哩牍,使化學成分棚潦、金相組織等達到技術條件后方可投產。模塊熱處理前加工成品需留足一定磨量后淬火.回火膝昆、線切割丸边; (2)入爐前校驗儀表,選用微機控溫荚孵,控溫精度±1.5℃妹窖,真空爐纬朝、保護氣氛爐加熱,嚴防過熱和氧化脫碳骄呼;(3)采用分級淬火共苛、等溫淬火和淬火后及時回火,多次回火蜓萄,充分消除內應力氢莫,為線切割創(chuàng)造條件; (4)制訂科學合理線切割工藝秤慌。
9贫拭、疲勞斷裂
模具服役時在交變應力反復作用下形成的顯微疲勞裂紋緩慢擴展,導致突然疲勞斷裂径揭。 (1)原材料存在發(fā)紋、自點森肉、孔隙雌夕、疏松、非金屬夾雜朵泌、碳化物嚴重偏析派憨、帶狀組織、塊狀游離鐵素體冶金組織缺陷岳舔,破壞了基體組織連續(xù)性笔碌,形成不均勻應力集中。鋼錠中112未排除躲扣,導致軋制時形成白點甚脉。鋼中存在***、Bi铆农、 Pb牺氨、Sn、As和S墩剖、P等有害雜質猴凹,鋼中的P易引起冷脆,而s易引起熱脆岭皂,S郊霎,P有害雜質超標均易形成疲勞源; (2)化學滲層過厚爷绘、濃度過大书劝、滲層過度、硬化層過淺土至、過渡區(qū)硬度低等都可導致材料疲勞強度急劇降低庄撮; (3)當模面加工粗糙背捌、精度低、光潔度差湘乐,以及刀紋蝌飘,刻字、劃痕扇胀、碰傷跑既、腐蝕麻面等也易引起應力集中導致疲勞斷裂。
預防措施: (1)嚴格選材忌党,確保材質轿白,控制Pb、As铺举、Sn等低熔點雜質與S罢摧、P非金屬雜質含量不超標; (2)投產前進行材質檢查劫伊,不合格原材料不投產拆聋; (3)選用具有純潔度高、雜質少姊呐、化學成分均勻懒披、晶粒細.碳化物小、等向性能好剖张,疲勞強度高等特點的電渣重熔精煉鋼切诀,對模具型面表面噴丸強化和表面化學滲層改性強化處理,使金屬表層為預壓應力搔弄,抵消模具服役時產生的拉應力幅虑,提高模具型面疲勞強度; (4)提高模具型面加工精度和光潔度顾犹; (5)改善化學滲層和硬化層組織性能翘单; 采用微機控制化學滲層厚度、濃度和硬化層厚度蹦渣。
10哄芜、應力腐蝕裂紋
該裂紋常發(fā)生在使用過程中。金屬模具因化學反應或電化學反應過程柬唯,引起從表至內組織結構損壞腐蝕作用而產生開裂认臊,這就是應力腐蝕裂紋。模具鋼因熱處理后組織不同锄奢,抗蝕性能也不同失晴。最耐蝕組織為奧氏體(A),最易腐蝕組織為屈氏體(T)工划,依次為鐵素體(F)一馬氏體(M)一珠光體(P)一索氏體(S)滑信。因此占找,模具鋼熱處理不宜得到T組織。淬火鋼雖經回火煞恭,但因回火不充分络务,淬火內應力或多或少依然存在,模具服役時在外力作用下也會產生新的應力井翅,凡有應力存在于金屬模具中就會有應力腐蝕裂紋發(fā)生怠鲜。
預防措施: (1)模具鋼淬火后應及時回火,充分回火霹链,多次回火坦庸,以消除淬火內應力; (2)模具鋼淬火后一般不宜在350-400~C回火厦绪,因T組織常在此溫度出現湃杏,發(fā)生有T組織模具應重新處理,模具應進行防銹處理逛镶,提高抗蝕性能迄埃; (3)熱作模具服役前進行低溫預熱,冷作模具服役一個階段后進行一次低溫回火消除應力丈屹,不僅能防止和避免應力腐蝕裂紋發(fā)生,還可大幅度提高模具使用壽命伶棒,一舉兩得旺垒,有顯著技術經濟效益。
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