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    模具钢淬火裂纹的五种预防措施是哪些?

    发布时间:2021-05-11 01:02:13
    模具钢淬火裂纹的五种预防措施是哪些?
         随着社会经济的发展,模具钢在我们生活中的利用率越来越高。模具钢是一种用于制造冷冲模、热锻模和压铸模等模具的钢。模具热处理过程中,特别是淬火过程中,会出现体积变化、形状翘曲、变形等。为了保证模具质量,要求模具钢热处理变形小,特别是形状复杂的精密模具,淬火后难以修复。接下来模具钢厂家给大家分享一下模具钢淬火裂纹的五项预防措施。
      
      1、冷处理裂纹
      
      大多数模具钢是中碳和高碳合金钢。淬火后,部分过冷奥氏体未转变为马氏体,在服役状态下仍保留为残余奥氏体,影响服役性能。如果冷却到零度以下,可以促进残余奥氏体的马氏体转变。所以冷处理的本质是淬火。室温淬火应力和零度淬火应力叠加,当叠加响应力超过材料的强度极限时,形成冷处理裂纹。
      
      预防措施:
      
      (1)淬火后,冷处理前,将模具放入沸水中30-60分钟,可消除15%-25%的淬火内应力,稳定残余奥氏体,然后进行-60℃常规冷处理或-120℃深冷处理。温度越低,残余奥氏体转化为马氏体的越多,但不能完全转化。实验表明,约2%-5%的残余奥氏体转变为马氏体。
      
      (2)冷处理后,取出模具放入热水中加热,可消除40%-60%的冷处理应力。加热至室温后,应及时回火,以进一步消除冷处理应力,避免冷处理裂纹的形成,获得稳定的显微组织和性能,保证模具产品在储存和使用过程中不变形。
      
      2.磨削裂纹
      
      经常发生在模具产品淬火回火后的磨削和冷加工过程中,形成的微裂纹大多垂直于磨削方向,深度约为0.05-1.0 mm。
      
      (1)原料预处理不当,未能完全消除原料的块状、网状、带状碳化物,造成脱碳严重;
      
      (2)终淬温度过高,导致过热,晶粒粗大,残余奥氏体较多;
      
      (3)磨削过程中,发生应力诱导相变,使残余奥氏体转变为马氏体,产生较大的结构应力。此外,由于回火不足,会留下更多的残余拉应力,与磨削结构应力重叠,或者由于磨削速度大、进给速度大、冷却不当,金属表面的磨削热急剧上升到淬火温度,随后磨削液冷却,导致磨削表面二次淬火。各种应力的组合导致表面金属的磨削裂纹。
      
      预防措施:
      
      (1)对原料进行多次双交叉变形方向的改造锻造,经过四次镦粗和四次拉拔后,锻造后的纤维组织在型腔或轴周围呈波浪形对称分布,然后利用最后一次火的高温余热进行淬火,再进行高温回火,可以充分消除块状、网状、带状和链状碳化物,将碳化物细化到2-3个等级;
      
      (2)制定先进的热处理工艺,控制最终淬火残余奥氏体含量不超标;
      
      (3)淬火后及时回火,消除淬火应力;
      
      (4)降低磨削速度、磨削量和磨削冷却速度,可以有效防止和避免磨削裂纹的形成。
      
      3.线切割裂纹
      
      淬火回火模块在线切割过程中出现裂纹,改变了金属表层、中间层和芯部的应力场分布状态,淬火残余内应力失去平衡变形,某一区域出现较大拉应力,当拉应力干到模具材料强度极限时引起爆裂,裂纹为弧尾刚性变质层裂纹。实验表明,线切割过程是局部高温放电和快速冷却的过程,使金属表面形成树枝状铸态组织的凝固层,产生600-900 MPa的拉应力和厚度约0.03 mm的高应力二次淬火白层。
      
      裂缝的原因:
      
      (1)原料中存在严重的碳化物偏析;
      
      (2)仪器失效,淬火温度过高,晶粒粗大,降低了材料的强度和韧性,增加了脆性;
      
      (3)淬火后的工件回火不及时,回火不充分,线切割过程中形成过大的残余内应力和新的内应力,导致线切割产生裂纹。
      
      预防措施:
      
      (1)原材料入库前严格检查,确保原材料的组织成分合格,不合格的原材料必须改造锻造,碳化物必须破碎,使化学成分和金相组织达到技术条件才能投产。模块热处理前,成品需要经过一定量的打磨后进行淬火、回火、线切割;
      
      (2)入炉前对仪表进行校准,选择微机进行温度控制,温度控制精度为1.5℃,并在真空炉和保护气氛炉中加热,防止过热和氧化脱碳;
      
      (3)分级淬火,淬火后及时等温淬火回火,多次回火,充分消除内应力,为线切割创造条件;
      
      (4)制定科学合理的线切割工艺。
      
      4.疲劳断裂
      
      模具在使用过程中,在交变应力的反复作用下形成的微疲劳裂纹扩展缓慢,导致突然疲劳断裂。
      
      (1)原材料存在发纹、自点蚀、气孔、疏松、非金属夹杂物、严重碳化物偏析、带状组织、块状游离铁素体冶金组织等缺陷,破坏基体组织的连续性,形成不均匀的应力集中。铸锭中的112没有被消除,这导致在轧制过程中形成白点。钢中有铋、铅、锡、砷、硫、磷等有害杂质。钢中的p容易引起冷脆,S容易引起热脆。当S、P有害杂质超标时,容易形成疲劳源。
      
      (2)化学渗层过厚,浓度过高,渗层过多,硬化层过浅,过渡区硬度低,会导致材料疲劳强度急剧下降。
      
      (3)当模具表面加工粗糙、精度低、光洁度差,以及出现刀线、刻字、划痕、凸点、凹坑时,容易造成应力集中,导致疲劳断裂。
      
      预防措施:
      
      (1)严格选材,保证材质,控制铅、砷、锡等低熔点杂质和S、P等非金属杂质含量不超标;
      
      (2)投产前应进行材料检验,不合格的原材料不得投产;
      
      (3)电渣重熔精炼钢具有纯度高、杂质少、化学成分均匀、晶粒细小、碳化物少、各向同性好、疲劳强度高等特点。选择对模具表面进行喷丸强化和表面化学渗层改性强化处理,对金属表层施加预应力,以抵消模具使用时产生的拉应力,提高模具表面的疲劳强度;
      
      (4)提高模具表面的加工精度和光洁度;
      
      (5)改善化学渗层和硬化层的组织和性能;化学渗层的厚度、浓度和硬化层厚度由微机控制。
      
      5.应力腐蚀裂纹
      
      这种裂纹经常在使用过程中出现。由于化学反应或电化学反应过程,金属模具因结构从表面到内部的损伤和腐蚀而开裂,称为应力腐蚀裂纹。由于热处理后显微组织的不同,模具钢的耐蚀性也不同。最耐腐蚀的组织是奥氏体(a),最易腐蚀的组织是屈氏体(t),其次是铁素体(f)-马氏体(m)-珠光体(p)-索氏体(s)。因此,模具钢的热处理不利于获得T型结构。淬火钢虽然已经回火,但由于回火不充分,淬火内应力仍或多或少存在,模具在使用过程中会在外力作用下产生新的应力。当金属模具中有应力时,就会产生应力腐蚀裂纹。
      
      预防措施:
      
      (1)模具钢淬火后应及时回火,充分回火,多次回火,消除淬火内应力;
      
      (2)淬火后,模具钢不应在350-400℃回火,由于该温度下经常出现T型结构,所以T型结构的模具应重新处理,模具应防锈以提高耐腐蚀性;
      
      (3)热模服役前低温预热,冷模服役一段时间后低温回火消除应力,不仅可以防止和避免应力腐蚀裂纹的发生,而且大大延长了模具的使用寿命,一举两得,技术经济效益显着。
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