模具钢淬火产生的裂纹及相关的预防措施

模具工作时在应力作用下，淬火硬化层一块块从钢的基体中剥离。因模具表层组织和心部组织比热容不同，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的基体相变不同时性，引起内外层淬火马氏体膨胀不同时进行，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300℃以下低温回火快速加热，会促使表层形成拉应力，而钢材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。

预防措施：

①应使模具钢材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模具钢材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。

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，产生的原因主要有：

①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，比热容不同，钢脱碳表层淬火时产生较大的拉应力，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，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，在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开。

预防措施：

①严格进行原材料化学成分、金相组织和探伤检查，不合格原材料和粗晶粒钢不能做模具材料；

②选用细晶粒钢、真空电炉钢，投产前复查原材料脱碳层深，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，控制精度达到土1。5℃，并定时现场校验仪表；

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，可有效防止和避免网状裂纹形成。

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奧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，冷处理的实质是淬火的继续。室温下淬火应力和零度下淬火应力叠加，当叠加应力超过该材料强度极限时便形成冷处理裂纹。

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预防措施：

①火后冷却处理之前将模具置于沸水中煮30一60min，可消除15 %一25%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，残余奧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%一5%残余奥氏体保留下来，按需要保留少量残余奥氏体可松弛应力，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，可消除40%,6094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。

资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司技术中心