具鋼熱處理中，淬火是常見(jiàn)工序。然而，因種種原因，有時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋，致使前功盡棄。分析裂紋產(chǎn)生原因，進(jìn)而采取相應(yīng)預(yù)防措施，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。常見(jiàn)淬火裂紋有以下10種類型。
1、縱向裂紋
裂紋呈軸向，形狀細(xì)而長(zhǎng)。當(dāng)模具完全淬透即無(wú)心淬火時(shí)，心部轉(zhuǎn)變?yōu)楸热葑畲蟮拇慊瘃R氏體，產(chǎn)生切向拉應(yīng)力，模具鋼的含碳量愈高，產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力愈大，當(dāng)拉應(yīng)力大于該鋼強(qiáng)度極限時(shí)導(dǎo)致縱向裂紋形成。以下因素又加劇了縱向裂紋的產(chǎn)生：
(1)鋼中含有較多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)，鋼錠軋制時(shí)沿軋制方向呈縱向嚴(yán)重偏析分布，易產(chǎn)生應(yīng)力集中形成縱向淬火裂紋或原材料軋制后快冷形成的縱向裂紋未加工掉保留在產(chǎn)品中導(dǎo)致最終淬火裂紋擴(kuò)大形成縱向裂紋。
(2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(nèi)(碳工具鋼淬裂危險(xiǎn)尺寸為8-15mm，中低合金鋼危險(xiǎn)尺寸25-40mm)或選擇的淬火冷卻介質(zhì)大大超過(guò)該鋼的臨界淬火冷卻速度時(shí)均易形成縱向裂紋。
預(yù)防措施：
(1)嚴(yán)格原材料入庫(kù)檢查，對(duì)有害雜質(zhì)含量超標(biāo)鋼材不投產(chǎn)；
(2)盡量選用真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔模具鋼材；
(3)改進(jìn)熱處理工藝，采用真空加工熱、保護(hù)氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分析淬火、等溫淬火；
(4)變無(wú)心淬火為有心淬火即不完全淬透，獲得強(qiáng)韌性高的下貝氏體組織等措施，大幅度降低拉應(yīng)力，能有效避免模具縱向開(kāi)裂和淬火畸變。
2、橫向裂紋
裂紋特征是垂直于軸向。未淬透模具，在淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)過(guò)渡部分存在大的拉應(yīng)力峰值，大型模具快速冷卻時(shí)易形成大的拉應(yīng)力峰值，因形成的軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋，淬火后經(jīng)擴(kuò)展形成橫向裂紋。
預(yù)防措施：
(1)模塊應(yīng)合理鍛造，原材料長(zhǎng)度與直徑之比即鍛造比最好選在2-3之間，鍛造之間雙十字形變向鍛造，經(jīng)五鐓五拔多火鍛造，使鋼中碳化物和雜質(zhì)呈細(xì)、小、勻分布于鋼基體，鍛造纖維組織圍繞型腔無(wú)定向分布，大幅度提高模塊橫向力學(xué)性能，減少和消除應(yīng)力源；
(2)選擇理想的冷卻速度和冷卻介質(zhì)：在鋼的Ms點(diǎn)以上快冷，大于該鋼臨界淬火冷卻速度，鋼中過(guò)冷奧氏體產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力，內(nèi)層為張應(yīng)力，相互抵消，有效防止熱應(yīng)力裂紋形成，在鋼的Ms-Mf之間緩冷，大幅度降低形成淬火馬氏體時(shí)的組織應(yīng)力。當(dāng)鋼中熱應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)力總和為正(張應(yīng)力)時(shí)，則易淬裂，為負(fù)時(shí)，則不易淬裂。充分利用熱應(yīng)力，降低相變應(yīng)力，控制應(yīng)力總和為負(fù)，能有效避免橫向淬火裂紋發(fā)生。CL-1有機(jī)淬火介質(zhì)是較理想淬火劑，同時(shí)可減少和避免淬火模具畸變，還可控制硬化層合理分布。調(diào)正CL-1淬火劑不同濃度配比，可得到不同冷卻速度，獲得所需硬化層分布，滿足不同模具鋼需求。
3、弧狀裂紋
常發(fā)生在模具棱角、凸臺(tái)、刀紋、尖角、直角、缺口、孔穴、凹模接線飛邊等形狀突變處。這是因?yàn)?，淬火時(shí)棱角處產(chǎn)生的應(yīng)力是平滑表面平均應(yīng)力的10倍。
(1)鋼中含碳(C)量和合金元素含量愈高，鋼Ms點(diǎn)愈低，Ms點(diǎn)降低2℃，則淬裂紋傾向增加1.2倍，Ms點(diǎn)降低8℃，淬裂傾向則增加8倍；
(2)鋼中不同組織轉(zhuǎn)變和相同組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性，由于不同組織比容差，造成巨大組織應(yīng)力，導(dǎo)致組織交界處形成弧狀裂紋；
(3)淬火后未及時(shí)回火，或回火不充分，鋼中殘余奧氏體未充分轉(zhuǎn)變，保留在使用狀態(tài)中，促使應(yīng)力重新分布，或模具服役時(shí)殘余奧氏體發(fā)生馬氏體相變產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)綜合應(yīng)力大于該鋼強(qiáng)度極限時(shí)便形成弧狀裂紋；
(4)具有第二類回火脆性鋼，淬火后高溫回火緩冷，導(dǎo)致鋼中P、S等有害雜質(zhì)化合物沿晶界析出，大大降低晶界結(jié)合力和強(qiáng)韌性，增加脆性，服役時(shí)在外力作用下形成弧狀裂紋。
預(yù)防措施：
(1)改進(jìn)設(shè)計(jì)，盡量使形狀對(duì)稱，減少形狀突變，增加工藝孔與加強(qiáng)筋，或采用組合裝配；
(2)圓角代直角及尖角銳邊，貫穿孔代盲孔，提高加工精度和表面光潔度，減少應(yīng)力集中源，對(duì)于無(wú)法避免直角、尖角銳邊、盲孔等處一般硬度要求不高，可用鐵絲、石棉繩、耐火泥等進(jìn)行包扎或填塞，人為造成冷卻屏障，使之緩慢冷卻淬火，避免應(yīng)力集中，防止淬火時(shí)弧狀裂紋形成；
(3)淬火鋼應(yīng)及時(shí)回火，消除部分淬火內(nèi)應(yīng)力，防止淬火應(yīng)力擴(kuò)展；
(4)較長(zhǎng)時(shí)間回火，提高模具抗斷裂韌性值：
(5)充分回火，得到穩(wěn)定組織性能；
(6)多次回火使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變充分和消除新的應(yīng)力；
(7)合理回火，提高鋼件疲勞抗力和綜合機(jī)械力學(xué)性能；
(8)對(duì)于有第二類回火脆性模具鋼高溫回火后應(yīng)快冷(水冷或油冷)，可消除二類回火脆性，防止和避免淬火時(shí)弧狀裂紋形狀。
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