解析模具鋼淬火裂紋產(chǎn)生的原因與預防措施
模具鋼熱處理中，淬火是常見工序。然而因種種原因，有時難免會產(chǎn)生淬火裂紋，致使前功盡棄。了解裂紋產(chǎn)生原因，進而采取相應(yīng)預防措施，具有顯著的經(jīng)濟效益。
1、縱向裂紋
裂紋呈軸向，形狀細而長。當模具完全淬透即無心淬火時，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，當拉應(yīng)力大于該鋼強度極限時導致縱向裂紋形成。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等低熔點有害雜質(zhì)，鋼錠軋制時沿軋制方向呈縱向嚴重偏析分布，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)品中導致最終淬火裂紋擴大形成縱向裂紋;(2)模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(nèi)(碳工具鋼淬裂危險尺寸為8-15mm，中低合金鋼危險尺寸為25-40mm)或選擇的淬火冷卻介質(zhì)大大超過該鋼的臨界淬火冷卻速度時均易形成縱向裂紋。
預防措施：(1)嚴格原材料入庫檢查，對有害雜質(zhì)含量超標鋼材不投產(chǎn);(2)盡量選用真空冶煉，爐外精煉或電渣重熔模具鋼材;(3)改進熱處理工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火;(4)變無心淬火為有心淬火即不完全淬透，獲得強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)過渡部分存在大的拉應(yīng)力峰值，大型模具快速冷卻時易形成大的拉應(yīng)力峰值，因形成的軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力，導致產(chǎn)生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P.Sb，Bi，Pb，Sn，As等低熔點有害雜質(zhì)的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋，淬火后經(jīng)擴展形成橫向裂紋。
預防措施：(1)模塊應(yīng)合理鍛造，原材料長度與直徑之比即鍛造比最好選在2―3之間，鍛造采用雙十字形變向鍛造，經(jīng)五鐓五拔多火鍛造，使鋼中碳化物和雜質(zhì)呈細、小，勻分布于鋼基體，鍛造纖維組織圍繞型腔無定向分布，大幅度提高模塊橫向力學性能，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點以上快冷，大于該鋼臨界淬火冷卻速度，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的組織應(yīng)力。當鋼中熱應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)力總和為正(張應(yīng)力)時，則易淬裂，為負時，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，能有效避免橫向淬火裂紋發(fā)生。CL-1有機淬火介質(zhì)是較理想淬火劑，同時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。
