《淬火处理常见裂纹类型及预防措施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《淬火处理常见裂纹类型及预防措施（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、淬火处理常见裂纹类型及预防 措施金属热处理知识专题金属热处理知识专题裂纹类型： 1、纵向裂纹 2、横向裂纹 3、弧状裂纹 4、剥离裂纹 5、网状裂纹 6、冷处理裂纹 7、磨削裂纹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、*、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
2、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为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。金属热处理知识专题预防措施(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,采用真空加热、保护气氛 加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、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。金属
3、热处理知识专题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,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。金属热处理知识专题预防措施(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,锻造采用双十字形变向锻造,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)
4、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。金属热处理知识专题
5、3、弧状裂纹常发生在模具棱角角、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。另外：(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,则淬裂倾向增加1.2倍,Ms点降低8,淬裂倾向则增加8倍 ;(2)钢中不同组织转变和相同组织转变不同时性,由于不同组 织比容差,造成巨大组织应力,导致组织交界处形成弧状裂纹;(3)淬火后未及时回火,或回火不充分,钢中残余奥氏体未充 分转变,保留在使用状态中,促进应力重新分布,或模具服役时残 余奥氏体发生马氏体相变产生新的内应力,当综合应力大于该钢 强度极限时便形成弧状裂纹;(4)具有第
6、二类回火脆性钢,淬火后高温回火缓冷,导致钢中 P,s等有害杂质化合物沿晶界析出,大大降低晶界结合力和强韧 性,增加脆性,服役时在外力作用下形成弧状裂纹。金属热处理知识专题预防措施(1)改进设计,尽量使形状对称,减少形状突变,增加工艺孔与加强 筋,或采用组合装配;(2)圆角代直角及尖角锐边,贯穿孔代盲孔,提高加工精度和表面光 洁度,减少应力集中源,对于无法避免直角、尖角锐边、盲孔等处一般 硬度要求不高,可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包扎或填塞,人为造 成冷却屏障,使之缓慢冷却淬火,避免应力集中,防止淬火时弧状裂纹 形成;(3)淬火钢应及时回火,消除部分淬火内应力,防止淬火应力扩展;(4)较长时间
7、回火,提高模具抗断裂韧性值;(5)充分回火,得到稳定组织性能;多次回火使残余奥氏体转变充分 和消除新的应力;(6)合理回火,提高钢件疲劳抗力和综合机械力学性能;对于有第二 类回火脆性模具钢高温回火后应快冷(水冷或油冷),可消除二类回火 脆性,防止和避免淬火时弧状裂纹形成。金属热处理知识专题4、剥离裂纹 模具服役时在应力作用下,淬火硬化层一块块从钢基 体中剥离。因模具表层组织和心部组织比容不同,淬火 时表层形成轴向、切向淬火应力,径向产生拉应力,并向 内部突变,在应力急剧变化范围较窄处产生剥离裂纹,常 发生于经表层化学热处理模具冷却过程中,因表层化学 改性与钢基体相变不同时性引起内外层淬火马氏体
8、膨胀 不同时进行,产生大的相变应力,导致化学处理渗层从基 体组织中剥离。如火焰表面淬硬层、高频表面淬硬层、 渗碳层、碳氮共渗层、渗氮层、渗硼层、渗金属层等。 化学渗层淬火后不宜快速回火,尤其是300C以下低温回 火快速加热,会促使表层形成拉应力,而钢基体心部及过 渡层形成压缩应力,当拉应力大于压缩应力时,导致化学 渗层被拉裂剥离。金属热处理知识专题预防措施 (1)应使模具钢化学渗层浓度与硬 度由表至内平缓降低,增强渗层与基体 结合力,渗后进行扩散处理能使化学渗 层与基体过渡均匀;(2)模具钢化学处理之前进行扩散 退火、球化退火、调质处理,充分细化 原始组织,能有效防止和避免剥离裂纹 产生,确保
9、产品质量。金属热处理知识专题5、网状裂纹 裂纹深度较浅,一般深约0.01-1.5mm,呈辐射 状,别名龟裂。原因主要有:(1)原材料有较深脱碳 层,冷切削加工未去除,或成品模具在氧化气氛炉 中加热造成氧化脱碳;(2)模具脱碳表层金属组织 与钢基体马氏体含碳量不同,比容不同,钢脱碳表 层淬火时产生大的拉应力,因此,表层金属往往沿 晶界被拉裂成网状;(3)原材料是粗晶粒钢,原始组 织粗大,存在大块状铁素体,常规淬火无法消除,保 留在淬火组织中,或控温不准,仪表失灵,发生组织 过热,甚至过烧,晶粒粗化,失去晶界结合力,模具 淬火冷却时钢的碳化物沿奥氏体晶界析出,晶界强 度大大降低,韧性差,脆性大,在
10、拉应力作用下沿晶 界呈网状裂开。金属热处理知识专题预防措施 (1)严格原材料化学成分.金相组织和探伤 检查,不合格原材料和粗晶粒钢不宜作模具材 料;(2)选用细晶粒钢、真空电炉钢,投产前复 查原材料脱碳层深度,冷切削加工余量必须大 于脱碳层深度;(3)制订先进合理热处理工艺,选用微机控 温仪表,控制精度达到1.5,定时现 场校验仪表;(4)模具产品最终处理选用真空电炉、保 护气氛炉和经充分脱氧盐浴炉加热模具产品 等措施,有效防止和避免网状裂纹形成。金属热处理知识专题6、冷处理裂纹 模具钢多为中,高碳合金钢,淬火后 还有部分过冷奥氏体未转变成马氏体, 保留在使用状态中成为残余奥氏体,影 响使用性
11、能。若置于零度以下继续冷 却,能促使残余奥氏体发生马氏体转 变,因此,冷处理的实质是淬火继续。 室温下淬火应力和零度下淬火应力叠 加,当叠回应力超过该材料强度极限时 便形成冷处理裂纹。金属热处理知识专题预防措施 (1)应使模具钢化学渗层浓度与硬 度由表至内平缓降低,增强渗层与基体 结合力,渗后进行扩散处理能使化学渗 层与基体过渡均匀;(2)模具钢化学处理之前进行扩散 退火、球化退火、调质处理,充分细化 原始组织,能有效防止和避免剥离裂纹 产生,确保产品质量。金属热处理知识专题预防措施 (1)应使模具钢化学渗层浓度与硬 度由表至内平缓降低,增强渗层与基体 结合力,渗后进行扩散处理能使化学渗 层与
12、基体过渡均匀;(2)模具钢化学处理之前进行扩散 退火、球化退火、调质处理,充分细化 原始组织,能有效防止和避免剥离裂纹 产生,确保产品质量。金属热处理知识专题预防措施 (1)淬火后冷处理之前将模具置于沸水中煮 3060min,可消除15%-25%淬火内应力并使 残余奥氏体稳定化,再进行-60常规冷处理,或进 行-120深冷处理,温度愈低,残余奥氏体转变成 马氏体量愈多,但不可能全部转变完,实验表明,约 有2%-5%残余奥氏体保留下来,按需要保留少量残 余奥氏体可松驰应力,起缓冲作用,因残余奥氏体 又软又韧,能部分吸收马氏体化急剧膨胀能量,缓 和相变应力;(2)冷处理完毕后取出模具投入热水中升温
13、, 可消除40%-60%冷处理应力,升温至室温后应及时 回火,冷处理应力进一步消除,避免冷处理裂纹形 成,获得稳定组织性能,确保模具产品存放和使用 中不发生畸变。金属热处理知识专题7、磨削裂纹 常发生在模具成品淬火、回火后磨削冷加工过 程中,多数形成的微细裂纹与磨削方向垂直,深约 0.051.0mm。(1)原材料预处理不当,未能充分消除原材料块 状、网状、带状碳化物和发生严重脱碳;(2)最终淬火加热温度过高,发生过热,晶粒粗 大,生成较多残余奥氏体;(3)在磨削时发生应力诱发相变,使残余奥氏体 转变为马氏体,组织应力大,加上因回火不充分,留 有较多残余拉应力,与磨削组织应力叠加,或因磨 削速度
14、、进刀量大及冷却不当,导致金属表层磨削 热急剧升温至淬火加热温度,随之磨削液冷却,造 成磨削表层二次淬火,多种应力综合,超过该材料 强度极限,便引起表层金属磨削裂纹。金属热处理知识专题预防措施 (1)对原材料进行改锻,多次双十字形变向 镦拔锻造,经四镦四拔,使锻造纤维组织围绕 型腔或轴线呈波浪形对称分布,并利用最后一 火高温余热进行淬火,接着高温回火,能充分 消除块状、网状、带状和链状碳化物,使碳化 物细化至2-3级;(2)制订先进的热处理工艺,控制最终淬火 残余奥氏体含量不超标;(3)淬火后及时进行回火、消除淬火应力;(4)适当降低磨削速度、磨削量,磨削冷却 速度,能有效防止和避免磨削裂纹形成。金属热处理知识专题
