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蘇州東锜擁有先進(jìn)的ERP管理系統(tǒng)，從下料、加工到出貨全程管控，公司擁有光譜儀，探傷機(jī)，臺(tái)式和便攜式硬度計(jì)，每當(dāng)鋼材到貨時(shí)，IQC都必須進(jìn)行嚴(yán)格的探傷、硬度檢測(cè)、成本分析以確保來料品質(zhì)均能達(dá)標(biāo)；
模具鋼的10種裂紋及預(yù)防措施
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們對(duì)模具鋼的需求越來越大。加工和使用模具鋼的所有過程，特別是熱處理過程中和熱處理后，由于內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)sus630導(dǎo)磁嗎 力以及材料本身的特性和質(zhì)量，都可能產(chǎn)生裂紋或開裂，導(dǎo)致模具報(bào)廢。接下來模具鋼小編給大家分享10種模具鋼的裂紋及預(yù)防措施。
1.縱向裂縫
裂紋呈軸狀，薄而長(zhǎng)。當(dāng)模具完全硬化，即無心淬火時(shí)，型芯轉(zhuǎn)變?yōu)楸润w積更大的淬火馬氏體，產(chǎn)生切向拉應(yīng)力。模具鋼含碳量越高，切向拉應(yīng)力越大，當(dāng)拉應(yīng)力大于鋼的強(qiáng)度極限時(shí)，導(dǎo)致縱向裂紋的形成。以下因素加劇了縱向裂紋的產(chǎn)生:(1)鋼中含有許多低熔點(diǎn)的有害雜質(zhì)，如硫、磷、鉍、鉛、錫、砷等。鋼錠軋制時(shí)，縱向偏析嚴(yán)重，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中形成縱向淬火裂紋，或者軋制后原料快速冷卻形成的縱向裂紋未經(jīng)加工而殘留在產(chǎn)品中，導(dǎo)致更終淬火裂紋擴(kuò)展形成縱向裂紋；(2)當(dāng)模具尺寸在鋼的淬火敏感尺寸范圍內(nèi)(碳素工具鋼8-15 mm，中低合金鋼25-40 sus630多少錢一斤mm)或選用的淬火冷卻介質(zhì)大大超過鋼的臨界淬火冷卻速度時(shí)，容易形成縱向裂紋。
預(yù)防措施:(1)嚴(yán)格檢查原材料入庫(kù)，不要將有害雜質(zhì)超標(biāo)的鋼材投入生產(chǎn)；(2)盡量采用真空熔煉、爐外精煉或電渣重熔模具鋼；(3)改進(jìn)熱處理工藝，采用真空加熱、保護(hù)氣氛加熱、全脫氧鹽浴爐加熱、分級(jí)淬火和等溫淬火；(4)將無心淬火改為無心淬火，即不完全淬火，獲得高強(qiáng)度、高韌性的下貝氏體組織，可以大大降低拉應(yīng)力，有效避免模具縱向開裂和淬火變形。
2.橫裂
裂紋特征垂直于軸向。在未硬化的模具中，在硬化區(qū)和未硬化區(qū)之間的過渡區(qū)有一個(gè)較大的拉應(yīng)力峰值。大?？焖倮鋮s時(shí)，容易形成較大的拉應(yīng)力峰值，軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力，產(chǎn)生橫向裂紋。鍛造模塊中存在s、p、Bi、Pb、Sn、As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的橫向偏析或鍛造模塊中存在橫向微裂紋，淬火后擴(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)徑比即鍛造比應(yīng)為2-3。鍛造采用雙交叉變形鍛造，經(jīng)過五鐓五拔多火鍛造后，鋼中的碳化物和雜質(zhì)以細(xì)小的形狀均勻分布在鋼基體中，鍛造的纖維組織在型腔周圍單向分布，大大提高了模塊的橫向力學(xué)性能，熔噴非織造布模頭sus630價(jià)格減少和消除了應(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)以上快速冷卻，大于鋼的臨界淬火冷卻速度。鋼中過冷奧氏體產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力，內(nèi)層為拉應(yīng)力，二者相互抵消，有效防止熱應(yīng)力裂紋的形成。鋼的MS和MF之間的緩冷，大大降低了淬火馬氏體形成時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。鋼中熱應(yīng)力和相應(yīng)應(yīng)力之和為正(拉應(yīng)力)時(shí)，容易淬裂，為負(fù)時(shí)，不容易淬裂。充分利用熱應(yīng)力，降低相變應(yīng)力，控制總應(yīng)力為負(fù)，可以有效避免橫向淬火裂紋。Cl-1有機(jī)淬火介質(zhì)是一種理想的淬火介質(zhì)，可以減少和避免淬火模具的變形，控制硬化層的合理分布。調(diào)節(jié)不同濃度的Cl-1淬火劑可以獲得不同的冷卻速度，獲得所需的硬化層分布，滿足不同模具鋼的要求。
3.弧形裂紋
它經(jīng)常發(fā)生在芯片形狀的突然變化，如角落，缺口，洞，芯片布線閃光等。這是因?yàn)榇慊饡r(shí)棱角處的應(yīng)力是光滑表面平均應(yīng)力的10倍。此外，(1)鋼中碳(c)和合金元素含量越高，鋼的Ms點(diǎn)越低，Ms點(diǎn)降低2℃，淬火裂紋傾向增加1.2倍，Ms點(diǎn)降低8℃，淬火裂紋傾向增加8倍；(2)鋼中不同的組織轉(zhuǎn)變和相同的組織轉(zhuǎn)變不是同時(shí)發(fā)生的，導(dǎo)致組織交界處產(chǎn)生巨大的組織應(yīng)力和弧形裂紋；(3)淬火后未及時(shí)回火，或回火不足，鋼中殘余奧氏體未完全轉(zhuǎn)變，保持在服役狀態(tài)促進(jìn)應(yīng)力再分布，或模具服役時(shí)殘余奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)綜合應(yīng)力大于鋼的強(qiáng)度極限時(shí)形成弧形裂紋；(4)二次回火脆性的鋼在高溫下回火，淬火后緩慢冷卻，導(dǎo)致有害雜質(zhì)P、S等化合物沿晶界析出，大大降低晶界的結(jié)合力和韌性，增加脆性，服役時(shí)在外力作用下形成弧形裂紋。
預(yù)防措施:(1)改進(jìn)設(shè)計(jì)，盡可能使形狀對(duì)稱，減少形狀突變，增加工藝孔和加強(qiáng)筋，或采用組合裝配；(2)圓角代替直角和銳邊，通孔代替盲孔，提高加工精度和表面光潔度，減少應(yīng)力集中源。一般對(duì)不可避免的直角、銳邊、盲孔硬度要求不高，所以鐵絲、石棉繩、耐火泥等?？捎糜诎蛱钊?，人為制造冷卻屏障，使其能緩慢冷卻和淬火，避免應(yīng)力集中，防止淬火時(shí)形成電弧裂紋；(3)淬火鋼sus630固溶后硬度應(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)大；(4)長(zhǎng)時(shí)間回火，提高模具的斷裂韌性；(5)充分回火以獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和性能；反復(fù)回火使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變，消除新的應(yīng)力；(7)合理回火，提高鋼件的抗疲勞性能和綜合力學(xué)性能；對(duì)于二級(jí)回火脆性的模具鋼，高溫回火后應(yīng)迅速冷卻(水冷或油冷)，可消除二級(jí)回火脆性，防止和避免淬火時(shí)電弧裂紋的形成
4.剝?nèi)チ芽p
模具使用時(shí)，在應(yīng)力的作用下，硬化層從sus630可以做熱處理嗎鋼基體上一層一層剝落。由于模具表層和芯部結(jié)構(gòu)的比容不同，淬火時(shí)表層形成軸向和切向淬火應(yīng)力，徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力，突然向內(nèi)部變化，導(dǎo)致應(yīng)力變化范圍較窄的地方出現(xiàn)剝離裂紋，這種情況經(jīng)常發(fā)生在模具表面化學(xué)熱處理后的冷卻過程中。由于表面化學(xué)改性和鋼基體相變的不同，內(nèi)外淬火馬氏體同時(shí)膨脹，產(chǎn)生較大的相變應(yīng)力，導(dǎo)致化學(xué)處理后的滲層從基體結(jié)構(gòu)剝離。如火焰表面硬化層、高頻表面硬化層、滲碳層、碳氮共滲層、滲氮層、滲硼層、金屬化層等。淬火后，化學(xué)滲層不適合快速回火，特別是300℃以下的低溫快速加熱會(huì)促進(jìn)表層拉應(yīng)力的形成，而鋼基體的芯層和過渡層會(huì)形成壓應(yīng)力。當(dāng)拉伸應(yīng)力大于壓縮應(yīng)力時(shí)，化學(xué)滲透層將被撕裂和剝離。
預(yù)防措施:(1)模具鋼化學(xué)滲層的濃度和硬度應(yīng)由外向內(nèi)逐漸降低，以增強(qiáng)滲層與基體的結(jié)合力，滲后擴(kuò)散處理可使化學(xué)滲層與基體的過渡均勻；(2)模具鋼化學(xué)處理前進(jìn)行擴(kuò)散退火、球化退火和調(diào)質(zhì)處理，充分細(xì)化原始組織，可有效防止和避免剝離裂紋，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
5.網(wǎng)狀裂縫
裂紋深度較淺，一般約0.01-1.5毫米深，呈放射狀，別名裂紋。主要原因如下:(1)原材料脫碳層較深，冷切未去除，或成品模具在氧化氣氛爐中加熱，導(dǎo)致氧化脫碳；(2)模具脫碳表面金屬組織的碳含量和比容與鋼基體的馬氏體不同，導(dǎo)致淬火鋼的脫碳表面時(shí)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。因此表面金屬往往被拉裂成沿晶界的網(wǎng)狀。(3)原材料為粗晶粒鋼，原始組織粗大，鐵素體塊狀，常規(guī)淬火無法消除，殘留在淬火組織中，或溫度控制不準(zhǔn)確，儀器故障，組織過熱甚至過燒，晶粒粗化，晶界結(jié)合力喪失。模具淬火冷卻時(shí)，鋼的碳化物沿奧氏體晶界析出，大大降低了晶界強(qiáng)度，韌性差，脆性大，在拉應(yīng)力作用下沿晶界呈網(wǎng)狀開裂。
預(yù)防措施:(1)嚴(yán)格檢查原材料的化學(xué)成分、金相組織和探傷。不合格的原材料和粗粒鋼不適合做模具材料；(2)選用細(xì)晶鋼和真空電爐鋼，投產(chǎn)前重新檢查原料脫碳深度，冷切余量必須大于脫碳深度；(3)制定先進(jìn)合理的熱處理工藝，選用微機(jī)溫控儀表，控制精度達(dá)到1.5℃，并定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查；(4)模具產(chǎn)品更終處理選用真空電爐、保護(hù)氣氛爐、全脫氧鹽浴爐，可有效防止和避免網(wǎng)狀裂紋的形成。
6.冷處理裂紋
大多數(shù)模具鋼是中碳和高碳合金鋼。淬火后，部分過冷奧氏體未轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，在服役狀態(tài)下仍保留為殘余奧氏體，影響服役性能。如果冷卻到零度以下，可以促進(jìn)殘余奧氏體的馬氏體轉(zhuǎn)變。所以冷處理的本質(zhì)是淬火。室溫淬火應(yīng)力和零度淬火應(yīng)力疊加，當(dāng)疊加響應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，形成冷處理裂紋。
預(yù)防措施:
(1)淬火后，冷處理前，將模具放入沸水中30-60分鐘，可消除15%-25%的淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定殘余奧氏體，然后進(jìn)行-60℃常規(guī)冷處理或-120℃深冷處理。溫度越低，殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體的越多，但不能完全轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)表明，約2%-5%的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
(2)冷處理后，取出模具放入熱水中加熱，可消除40%-60%的冷處理應(yīng)力。加熱至室溫后，應(yīng)及時(shí)回火，以進(jìn)一步消除冷處理應(yīng)力，避免冷處理裂紋的形成，獲得穩(wěn)定的顯微組織和性能，保證模具產(chǎn)品在儲(chǔ)存和使用過程中不變形。
7.磨削裂紋
經(jīng)常發(fā)生在模具產(chǎn)品淬火回火后的磨削和冷加工過程中，形成的微裂紋大多垂直于磨削方向，深度約為0.05-1.0 mm。(1)原料預(yù)處理不當(dāng)，未能完全消除原料的塊狀、網(wǎng)狀、帶狀碳化物，造成脫碳嚴(yán)重；(2)終淬溫度過高，導(dǎo)致過熱，晶粒粗大，殘余奧氏體較多；(3)磨削過程中，發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)相變，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。此外，由于回火不足，會(huì)留下更多的殘余拉應(yīng)力，與磨削結(jié)構(gòu)應(yīng)力重疊，或者由于磨削速度大、進(jìn)給速度大、冷卻不當(dāng)，金屬表面的磨削熱急劇上升到淬火溫度，隨后磨削液冷卻，導(dǎo)致磨削表面二次淬火。各種應(yīng)力的組合導(dǎo)致表面金屬的磨削裂紋。
預(yù)防措施:
1)對(duì)原材料進(jìn)行多次雙交叉變形方向的改造和鍛造。經(jīng)過四次鐓粗和四次拉拔后，鍛造后的纖維組織圍繞空腔或軸線呈波浪形對(duì)稱分布，然后用更后一次火的高溫余熱淬火，再進(jìn)行高溫回火，可完全消除塊狀、網(wǎng)狀、帶狀和鏈狀碳化物，并使碳化物細(xì)化到2-3級(jí)。
2)制定先進(jìn)的熱處理工藝，控制更終淬火殘余奧氏體含量不超標(biāo)
3)淬火后及時(shí)回火，消除淬火應(yīng)力
4)降低磨削速度、磨削量和磨削冷卻速度，可以有效防止和避免磨削裂紋的形成
8.線切割裂紋
淬火回火模塊在線切割過程中出現(xiàn)裂紋，改變了金屬表層、中間層和芯部的應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài)，淬火殘余內(nèi)應(yīng)力失去平衡變形，某一區(qū)域出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力干到模具材料強(qiáng)度極限時(shí)引起爆裂，裂紋為弧尾剛性變質(zhì)層裂紋。實(shí)驗(yàn)表明，線切割過程是局部高溫放電和快速冷卻的過程，使金屬表面形成樹枝狀鑄態(tài)組織的凝固層，產(chǎn)生600-900 MPa的拉應(yīng)力和厚度約0.03 mm的高應(yīng)力二次淬火白層，產(chǎn)生裂紋的原因有:(1)原料中碳化物偏析嚴(yán)重；(2)儀器失效，淬火溫度過高，晶粒粗大，降低了材料的強(qiáng)度和韌性，增加了脆性；(3)淬火后的工件回火不及時(shí)，回火不充分，線切割過程中形成過大的殘余內(nèi)應(yīng)力和新的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致線切割產(chǎn)生裂紋。
預(yù)防措施:(1)入庫(kù)前嚴(yán)格檢查原材料，確保原材料的組織成分合格，不合格的原材料必須進(jìn)行改造和鍛造，碳化物必須破碎，使化學(xué)成分和金相組織滿足技術(shù)條件才能投產(chǎn)。模塊熱處理前，成品需要經(jīng)過一定量的打磨后進(jìn)行淬火、回火、線切割；(2)入爐前對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，選擇微機(jī)進(jìn)行溫度控制，溫度控制精度為1.5℃，并在真空爐和保護(hù)氣氛爐中加熱，防止過熱和氧化脫碳；(3)分級(jí)淬火，淬火后及時(shí)等溫淬火回火，多次回火，充分消除內(nèi)應(yīng)力，為線切割創(chuàng)造條件；(4)制定科學(xué)合理的線切割工藝。
9.疲勞斷裂
模具在使用過程中，在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下形成的微疲勞裂紋擴(kuò)展緩慢，導(dǎo)致突然疲勞斷裂。(1)原材料存在發(fā)紋、自點(diǎn)蝕、氣孔、疏松、非金屬夾雜物、嚴(yán)重碳化物偏析、帶狀組織、塊狀游離鐵素體冶金組織等缺陷，破壞基體組織的連續(xù)性，形成不均勻的應(yīng)力集中。鑄錠中的112沒有被消除，這導(dǎo)致在軋制過程中形成白點(diǎn)。鋼中有鉍、鉛、錫、砷、硫、磷等有害雜質(zhì)。鋼中的p容易引起冷脆，S容易引起熱脆。當(dāng)S、P有害雜質(zhì)超標(biāo)時(shí)，容易形成疲勞源。(2)化學(xué)滲層過厚，濃度過高，滲層過多，硬化層過淺，過渡區(qū)硬度低，會(huì)導(dǎo)致材料疲勞強(qiáng)度急劇下降。(3)當(dāng)模具表面加工粗糙、精度低、光潔度差，以及出現(xiàn)刀線、刻字、劃痕、凸點(diǎn)、凹坑時(shí)，容易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致疲勞斷裂。
預(yù)防措施:(1)嚴(yán)格選材，保證材質(zhì)，控制鉛、砷、錫等低熔點(diǎn)雜質(zhì)和S、P等非金屬雜質(zhì)含量不超標(biāo)；(2)投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行材料檢驗(yàn)，不合格的原材料不得投產(chǎn)；(3)電渣重熔精煉鋼具有純度高、雜質(zhì)少、化學(xué)成分均勻、晶粒細(xì)小、碳化物少、各向同性好、疲勞強(qiáng)度高等特點(diǎn)。選擇對(duì)模具表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化和表面化學(xué)滲層改性強(qiáng)化處理，對(duì)金屬表層施加預(yù)應(yīng)力，以抵消模具使用時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高模具表面的疲勞強(qiáng)度；(4)提高模具表面的加工精度和光潔度；(5)改善化學(xué)滲層和硬化層的組織和性能；化學(xué)滲層的厚度、濃度和硬化層厚度由微機(jī)控制。
10.應(yīng)力腐蝕裂紋
這種裂紋經(jīng)常在使用過程中出現(xiàn)。由于化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)過程，金屬模具因結(jié)構(gòu)從表面到內(nèi)部的損傷和腐蝕而開裂，稱為應(yīng)力腐蝕裂紋。由于熱處理后顯微組織的不同，模具鋼的耐蝕性也不同。更耐腐蝕的組織是奧氏體(a)，更易腐蝕的組織是屈氏體(t)，其次是鐵素體(f)-馬氏體(m)-珠光體(p)-索氏體(s)。因此，模具鋼的熱處理不利于獲得T型結(jié)構(gòu)。淬火鋼雖然已經(jīng)回火，但由于回火不充分，淬火內(nèi)應(yīng)力仍或多或少存在，模具在使用過程中會(huì)在外力作用下產(chǎn)生新的應(yīng)力。當(dāng)金屬模具中有應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。
預(yù)防措施:(1)模具鋼淬火后應(yīng)及時(shí)回火，充分回火，多次回火，消除淬火內(nèi)應(yīng)力；(2)模具鋼淬火后，不應(yīng)在350 ~ 400℃回火，由于在此溫度下經(jīng)常出現(xiàn)T型結(jié)構(gòu)，所以T型結(jié)構(gòu)的模具應(yīng)重新處理，模具應(yīng)防銹以提高耐腐蝕性；(3)熱模服役前低溫預(yù)熱，冷模服役一段時(shí)間后低溫回火消除應(yīng)力，不僅可以防止和避免應(yīng)力腐蝕裂紋的發(fā)生，而且大大延長(zhǎng)了模具的使用壽命，一舉兩得，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。
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