苏州轧辊厂家生产高速钢轧辊-模具钢淬火中的裂纹分析及解决方案

苏州轧辊厂家生产高速钢轧辊-模具钢淬火中的裂纹分析及解决方案

它通常以突然的形状出现，例如模具角，凹口，型腔和芯片布线飞边苏州轧辊厂家生产高速钢轧辊 。

这是因为淬火时拐角处的应力是光滑表面平均应力的10倍。

此外，钢中的碳含量和合金元素的含量越高，钢的Ms点越低，Ms点越低2°C，淬火倾向就越高。2倍，Ms点降低8℃，淬火倾向提高8倍； 钢中不同的结构转变和相同的结构转变不会同时改变。 由于不同结构的特定公差，会引起巨大的结构应力，从而导致在结构交界处形成弧形裂纹。 淬火后回火不及时，或回火不充分，钢中的残余奥氏体未完全转变，并保持在使用状态以促进应力的重新分布，或在模具使用和维修过程中发生残余奥氏体的马氏体转变。 新的当组合应力大于钢的强度***限时，会形成电弧裂纹。 它具有第二种回火脆性钢。 淬火后，在高温下回火并缓慢冷却，从而使钢中的P和s等有害杂质沿晶界析出。它大大降低了晶界结合力和韧性，增加了脆性，并在使用过程中在外力作用下形成电弧裂纹。

网络破解

预防措施：原料的化学成分严格。不得使用金相组织和探伤，不合格的原材料和粗晶粒钢作为模具材料； 在生产前应选择细晶粒钢和真空电炉钢，并应检查原材料的脱碳层深度。开发先进合理的热处理工艺，选用微电脑温度控制仪，控制精度达到±5℃，并定期对仪器进行现场校准； 模具产品的***终加工选择真空电炉，保护气氛炉和完全脱氧盐浴炉加热模具产品等。有效防止和避免网络裂缝的形成。

预防措施：（1）严格选择材料以确保材料质量，控制Pb，As，Sn等低熔点杂质和S，P非金属杂质不超过标准； （二）生产前进行材料检验，不合格的原材料不予生产； （3）选择纯度高，杂质少，化学成分均匀，晶粒细小。

电渣重熔和精炼钢，碳化物小，各向同性好，疲劳强度高。 通过喷丸处理和表面化学渗透层的改性和强化处理来强化模具轮廓的表面，从而使金属表面层受到预应力以抵消模具的影响。使用过程中产生的拉应力提高了模具表面的疲劳强度； （提高模具表面处理的准确性和光滑度;改善化学渗透性和硬化层的微观结构特性;使用计算机控制硬化层的厚度，浓度和厚度。

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预防措施：（1）在进入仓库之前严格检查原材料，以确保原材料的成分合格。 不合格的原料必须经过重整，碳化物被粉碎，化学成分和金相组织才能投入生产。模块热处理之前的成品在淬火后需要保留一定量的研磨。回火和线切割； （2）进入炉前检查仪器，使用微电脑控温，控温精度±5℃，对真空炉，保护气氛炉加热，以防止过热和氧化脱碳； （分类淬火，等温淬火，回火后回火，多次回火，以充分消除内应力，为线切割创造条件；（制定科学合理的线切割工艺。

横向裂纹

冷裂纹

电弧裂纹

注意事项：（淬火后在淬火前在沸水中沸腾模具30-60分钟，可消除15％-25％的淬火内应力并使残余奥氏体稳定，然后在-60°C或-120低温下进行常规冷处理 处理时，温度越低，残留奥氏体转化成马氏体的数量就越多，但是不可能完成该转化。 实验表明，保留了约2％-5％的残余奥氏体，并根据需要保留了少量残余物。奥氏体可以缓解应力并起到缓冲作用。 由于残余奥氏体柔软而坚韧，因此可以部分吸收马氏体的快速膨胀能，以缓解相变应力。 （冷加工后，取出模具并用热水加热。它可以消除40％-60％的冷处理应力。 升温至室温后应及时调温。 进一步消除了冷加工应力，以避免冷加工裂纹的形成，获得稳定的结构性能，并确保模具产品在储存和使用过程中不会变形。

预防措施：（1）对原材料进行锻造和锻造，双十字形变形为up锻，经过四次and锻和四次set锻后，锻造的纤维结构围绕型腔或轴对称分布，***后 使用高温的热量。淬火后再进行高温回火，可以完全消除块状，网状，带状和链状碳化物，使碳化物细化至2-3级； （2）制定先进的热处理工艺，以控制***终淬火残余奥氏体的奥氏体含量不超过标准； （淬火后及时回火以消除淬火应力;适当降低磨削速度，磨削量和磨削冷却速度可有效防止并避免形成磨削裂纹。

在使用模具时，会在应力的作用下将硬化层从钢基体上逐段剥离。由于模具的表面结构和型芯结构之间的比容的差异，表面层在淬火期间形成轴向和切向的淬火应力，在径向方向上产生拉伸应力，并且它们在内部急剧变化。 在表面化学热处理模具的冷却过程中，经常发生的应力急剧变化的窄范围内会发生剥离裂纹，这是因为表面化学改性导致内层和外层的淬火马氏体膨胀不能同时进行 钢基体的相变是不定时的，从而导致较大的相变应力，这导致基体组织对渗透层进行化学处理。剥离。如火焰表面硬化层，高频表面硬化层，渗碳层，碳氮共渗层，氮化层，硼化层，金属化层等。

化学硬化后，淬火不适用于快速回火，特别是低于300℃的低温回火，这将导致表面层形成张应力，而钢基底芯和过渡层形成压应力。 当拉应力大于压应力时，将导致化学渗透层被拉开。

预防措施：改进设计，使形状尽可能对称，减少形状的突然变化，增加加工孔和加劲肋，或使用组合组件； 圆角代替直角和尖角，通孔代替盲孔，提高加工精度和表面光洁度，减少应力集中的来源。 通常，对直角，尖锐边缘，盲孔等的硬度要求。 不高。 它们可以包扎或塞满铁丝，石棉绳，耐火泥等。，这是人为地产生冷却屏障并使其缓慢冷却和淬火的过程。避免应力集中并防止淬火期间形成电弧裂纹。 淬火钢应及时回火，以消除一些淬火内应力并防止淬火应力扩展。 长时间回火可以提高模具的断裂韧性值。；多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力；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（或油冷却），可以消除第二种回火脆性，防止并避免淬火过程中形成电弧裂纹。

线切割裂纹

裂纹特征垂直于轴向。在未硬化的模具中，在硬化和未硬化区域之间的过渡处会出现较大的拉伸应力峰值。 大型模具在快速冷却时很可能会形成较大的拉伸应力峰值。 产生的轴向应力大于切向应力，从而导致横向裂纹。

S和P在锻造模块中。***，Bi，Pb，Sn，As等低熔点有害杂质在侧向偏析或组件中具有侧向微裂纹，淬火后扩散形成侧向裂纹。

预防措施：应从表面到内部降低型钢的化学钢渗透层的浓度和硬度，以增强渗透层与基材之间的结合力。 渗透后的扩散处理可以使化学渗透层和基材之间的过渡均匀。退火，球化退火和淬火回火处理可以充分细化原始结构，可以有效防止和避免剥离裂纹，确保产品质量。

裂纹深度较浅，通常约为0。01-5毫米，辐射且破裂。主要原因如下：原料具有深的脱碳层，该深的脱碳层尚未通过冷切去除，或者成品模具在氧化气氛炉中加热以引起氧化脱碳； 模具表面金属结构的脱碳和钢基马氏体的碳含量不同。不同容量的钢，经过脱碳处理的表面层在淬火过程中会产生很大的拉应力。 因此，表面金属常常沿着晶界被拉扯开裂成网状。 原材料是粗晶粒钢，原始组织是粗大的，并且存在块状铁素体。淬火无法消除，残留在淬火组织中或温度控制不准确，仪器故障，结构过热或什至过热，晶粒粗化，晶界键合损失以及在模具淬火和冷却过程中沿着奥氏体的碳化物晶粒边界沉淀， 晶界的强度大大降低，韧性差，脆性大，在拉伸应力作用下沿晶界开裂。

通常在模具成品的淬火和回火过程中发生，并且形成的大多数微裂纹垂直于研磨方向，深度约为0。05— 0mm。（原料预处理不当，无法充分消除块，网，带状碳化物和原料严重脱碳;（***终淬火加热温度过高，发生过热，晶粒粗大，形成大量残余奥氏体）;（（在研磨过程中发生了应力诱发的相变，这将残留的奥氏体转变成马氏体，并且结构应力很大。 另外，由于回火不足，留下的残余拉伸应力更大，与磨削结构应力叠加在一起，由于磨削速度大，进料量大和冷却不当，金属表面层的磨削热急剧上升到 淬火加热温度，然后冷却磨削液，这会导致磨削表面层二次硬化。 多个应力的组合超过了材料的强度。***限时，会引起表面金属磨削裂纹。

疲劳断裂

预防措施：（1）模具钢应在淬火后及时回火，充分回火，并反复回火以消除淬火的内应力； （2）模具钢淬火后一般不宜因T组织在350-400?C的温度回火，经常在此温度下发生，应对具有T型结构的模具进行再加工，并对模具进行防锈处理以改善腐蚀 抵抗性; （3）在热作模具维修之前进行低温预热，以及在使用一段时间后进行低温回火消除了应力，这不仅可以防止和避免应力腐蚀裂纹，而且可以大大提高模具的使用寿命。 它有两个目的，并具有重大的技术和经济效益。

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东锜模具钢厂采用大型设备：电弧炉+精炼炉+真空脱气+电渣炉+锻造。

模具钢主要是中碳和高碳合金钢。 淬火后，一些过冷的奥氏体尚未转变为马氏体，并以残留奥氏体的形式保持使用状态，从而影响了性能。

如果将其保持在零以下，则会促进残余奥氏体的马氏体相变。 因此，冷处理的实质是继续淬火。室温下的淬火应力和零度下的淬火应力叠加在一起。 当重叠应力超过材料强度***限时，形成冷裂纹。

预防措施：应合理锻造模块。 原料的长度与直径的比率（即锻造比率）***好在2到3之间选择。 锻件使用双交叉变形锻件。 经过五到五次拉拔和多次锻造后，钢中的碳化物和杂质细小，均匀分布在钢基体上，锻造的纤维结构在型腔周围无方向性分布，大大提高了侧向机械性能 减少模块的应力，消除应力源； 选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上，上述快速冷却比钢的临界淬火冷却速度快。 钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为拉应力，它们相互抵消，有效地防止了钢中热应力裂纹的形成。Ms-Mf之间的缓慢冷却可以大大降低淬火马氏体形成过程中的结构应力。当钢中的热应力和相应的应力之和为正拉伸应力时，很容易淬火，而当为负时，不容易淬火。

充分利用热应力，减少相变应力，将总应力控制为负，可以有效避免横向淬火裂纹的发生。CL-1有机淬火介质是理想的淬火剂。 同时，可以减少和避免淬火模具变形，并控制硬化层的合理分布。调节不同浓度的CL-1淬火剂可获得不同的冷却速度，获得所需的硬化层分布，并满足不同模具钢的需求。

裂纹在淬火和回火模块的在线切割过程中出现。 这个过程改变了应力场在金属表层，中间层和核心上的分布。 淬火的残余内应力失衡和变形，在一定区域内出现较大的拉应力。当模具的强度受到限制时，该拉伸应力将导致模具材料的裂纹，并且该裂纹是呈弧形的刚性变质层形状的裂纹。实验表明，线切割过程是局部高温放电和快速冷却过程，因此金属表面层形成了树枝状铸件结构的凝固层，产生了600-900MPa的拉应力和约0的厚度。03mm高应力二次淬火白色亮层。

裂纹的原因：（1）原料中碳化物严重偏析； （2）仪器故障，淬火加热温度过高，晶粒粗大，降低材料韧性并增加脆性； （淬火的工件未及时回火，回火不充分，在线切割过程中存在过多的残余内应力和新的内应力会导致线切割裂纹。

该裂纹经常在使用过程中发生。金属模具由于化学反应或电化学反应过程而破裂，这导致从表面到内部结构的破坏和腐蚀，这就是应力腐蚀破裂。模具钢由于热处理后的微观结构不同而具有不同的耐腐蚀性。***耐腐蚀的结构是奥氏体（A），***耐腐蚀的结构是贝氏体（T），其次是铁素体（F）-马氏体（M）-珠光体（P）-山梨石（S）。

因此，不适合在模具钢的热处理中获得T组织。

尽管对淬火钢进行了回火，但由于回火不足，淬火内应力仍或多或少地存在。 使用模具时，在外力作用下也会产生新的应力。 在金属模具中有应力的地方苏州轧辊厂家生产高速钢轧辊 ，会产生应力腐蚀裂纹。

研磨裂纹

应力腐蚀开裂

剥离裂纹

在使用模具时，在反复的应力作用下形成的微疲劳疲劳裂纹缓慢传播，导致突然的疲劳断裂。（1）原材料具有发际线，自斑点，孔隙，疏松，非金属夹杂物，碳化物严重偏析，带状结构和无铁素体的冶金结构缺陷，破坏了基体结构的连续性并形成了不均匀的应力 浓度。

不排除钢锭中的112，导致在轧制过程中形成白点。

钢中存在有害杂质，例如***，Bi，Pb，Sn，As和S，P。 钢中的P容易引起冷脆性，而s可能引起热脆性。 超过标准的S，P有害杂质很可能形成疲劳源;（2）厚度过大，浓度过大，硬化层过多，硬化层太浅以及过渡区硬度低，会导致材料的疲劳强度急剧下降; （当模具表面粗糙时，精度低，光洁度差以及刀线，刻字，划痕，擦伤，磨砂表面腐蚀等）。 也容易出现应力集中和疲劳断裂。

预防措施：严格检查储存的原材料，切勿投入有害杂质含量超标的钢材； 尝试使用真空冶炼，炉外精炼或电渣重熔模具钢； 改善热处理工艺，使用真空加热，保护性气氛加热和完全脱盐的盐浴炉加热和分级淬火，等温淬火; 从无心淬火到强化淬火（即不完全淬火）等措施，以获得具有高韧性的强贝氏体组织，大大降低了拉应力，可有效避免模具的纵向开裂和淬火变形。

裂纹是轴向的，细的和长的。当模具完全硬化（即无心淬火）时，型芯会转变为具有***大比容的淬火马氏体，从而产生切向拉伸应力。 模具钢的碳含量越高，产生的切向拉伸应力就越大。超过此钢强度***限会导致形成纵向裂纹。以下因素进一步加剧了纵向裂纹的发生：钢中含有更多有害杂质，例如S，P，Bi，Pb，Sn，As和其他低熔点。 在铸锭的轧制过程中，钢沿轧制方向严重偏析，并且容易产生应力集中。形成初步淬火裂纹，或原料轧制后快冷形成的初步裂纹未加工掉落在产品中导致***终淬火裂纹扩大形成裂纹；模具尺寸在钢的淬火敏感尺寸范围内碳工具钢淬裂危险尺寸它是8-15mm，中低合金钢的危险尺寸是25-40mm）或选择的淬火冷却介质大大超过了钢的临界淬火冷却速率，很容易形成纵向裂纹。

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