淬火是模具鋼熱處理中常見(jiàn)的工藝。然而，由于各種原因，有時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋，導(dǎo)致以往的工作被浪費(fèi)。分析裂紋的原因，然后采取相應(yīng)的預(yù)防措施，具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。小邊整理了10種常見(jiàn)的淬火裂紋，讓我們一起學(xué)習(xí)。
1、縱向裂紋形狀較長(zhǎng)。當(dāng)模具完全淬火時(shí)，心變成比容量最大的淬火馬氏體，產(chǎn)生切向拉應(yīng)力，模具鋼碳含量越高，切向拉應(yīng)力越大，當(dāng)拉應(yīng)力大于鋼強(qiáng)度極限時(shí)形成縱向裂紋。
縱向裂紋的產(chǎn)生加劇了以下因素：
(1)鋼含量較高S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)，鋼錠沿軋制方向呈縱向嚴(yán)重偏析分布，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中形成縱向淬火裂紋或原材料軋制后快速冷卻形成的縱向裂紋，最終淬火裂紋擴(kuò)大形成縱向裂紋；
(2)模具尺寸在鋼淬火敏感尺寸范圍內(nèi)(碳工具鋼淬火危險(xiǎn)尺寸為8-15mm，中低合金鋼危險(xiǎn)尺寸25-4mm)或選用的淬火冷卻介質(zhì)大大超過(guò)鋼臨界淬火冷卻速度時(shí)容易形成縱向裂紋。
預(yù)防措施：
(一)嚴(yán)格檢查原材料入庫(kù)情況，不投產(chǎn)有害雜質(zhì)含量超標(biāo)的鋼材；
(2)盡量選用真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔模具鋼；
(3)改進(jìn)熱處理工藝，采用真空加工熱、保護(hù)氣氛加熱、充分脫氧鹽浴爐加熱分析淬火、等溫淬火；
（4）將無(wú)意淬火變?yōu)橛幸獯慊?，即不完全淬火，采取高韌性下貝氏體組織等措施，大大降低拉應(yīng)力，有效避免模具縱向開(kāi)裂和淬火畸變。
2、橫向裂紋裂紋的特點(diǎn)是垂直于軸向。未淬火模具在淬火區(qū)和未淬火區(qū)的過(guò)渡部分具有較大的拉應(yīng)力峰值。當(dāng)大型模具快速冷卻時(shí)，由于軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力，容易形成較大的拉應(yīng)力峰值。鍛造模塊S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的橫向偏析或模塊有橫向微裂紋，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)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)在鋼材中選擇理想的冷卻速度和冷卻介質(zhì)Ms快速冷卻點(diǎn)大于鋼的臨界淬火冷卻速度。鋼中過(guò)冷奧氏體產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力，表面為壓力應(yīng)力，內(nèi)層為張力應(yīng)力，相互抵消，有效防止熱應(yīng)力裂紋的形成Ms-Mf它們之間的冷卻大大降低了淬火馬氏體的組織應(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)，容易淬火，為負(fù)，不易淬火。充分利用熱應(yīng)力，減少相變應(yīng)力，控制應(yīng)力總和為負(fù)，可有效避免水平淬火裂紋。CL-1有機(jī)淬火介質(zhì)是一種理想的淬火劑，可以減少和避免淬火模具的畸變，控制硬化層的合理分布。CL-淬火劑濃度比不同，冷卻速度不同，硬化層分布必要，滿(mǎn)足不同模具鋼的需要。
3、弧狀裂紋模具棱角、凸臺(tái)、刀紋、尖角、直角、缺口、孔洞、凹模接線(xiàn)飛邊等形狀突變常發(fā)生。這是因?yàn)榇慊饡r(shí)棱角處產(chǎn)生的應(yīng)力是平面平均應(yīng)力的10倍。
(1)鋼含碳(C)鋼的含量和合金元素越高M(jìn)s點(diǎn)愈低，Ms點(diǎn)降低2℃，淬裂傾向增加1.2倍，Ms點(diǎn)降低8℃，淬裂傾向則增加8倍；
(2)鋼中不同組織的變化與同一組織的變化不同。由于不同組織的比例差，組織應(yīng)力大，導(dǎo)致組織交界處形成弧形裂紋；
（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改變，保留在使用狀態(tài)，促進(jìn)應(yīng)力重新分布，或模具服務(wù)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)力大于鋼強(qiáng)度極限時(shí)形成弧裂紋；
(4)具有第二類(lèi)回火脆性鋼，淬火后高溫回火緩冷，導(dǎo)致鋼中P、S有害雜質(zhì)化合物沿晶界沉淀，大大降低晶界結(jié)合力和韌性，增加脆性，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)，盡量使形狀對(duì)稱(chēng)，減少形狀突變，增加工藝孔與加強(qiáng)筋，或采用組合裝配;
（2）圓角代直角和尖角尖角貫穿孔代盲孔，提高加工精度和表面光潔度，減少應(yīng)力集中源。對(duì)于不可避免的直角、尖角尖角、盲孔等一般硬度要求較低的地方，可用鐵絲、石棉繩、耐火泥包扎或填為造成冷卻屏障，緩慢冷卻淬火，避免應(yīng)力集中，防止淬火時(shí)形成弧形裂紋；
(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)力膨脹；
(4)長(zhǎng)時(shí)間回火，提高模具抗斷裂韌性值；
(5)充分回火，獲得穩(wěn)定的組織性能；
(6)多次回火充分轉(zhuǎn)化殘余奧氏體，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)二級(jí)回火脆性模具鋼高溫回火后應(yīng)快速冷卻(水冷或油冷)，可消除二級(jí)回火脆性，防止淬火時(shí)出現(xiàn)弧形裂紋。
4、剝離裂紋模具在應(yīng)力作用下，淬火硬化層從鋼基體中剝離。由于模具表面組織和心組織的比例不同，淬火時(shí)表面形成軸向、切向淬火應(yīng)力、徑向拉應(yīng)力和內(nèi)部突變，應(yīng)力變化范圍狹窄，經(jīng)常發(fā)生在表面化學(xué)熱處理模具冷卻過(guò)程中，由于表面化學(xué)改性和鋼基導(dǎo)致內(nèi)外淬火馬氏體膨脹，產(chǎn)生較大的相變應(yīng)力，導(dǎo)致基體組織化學(xué)處理滲層剝離。如火焰表面淬火層、高頻表面淬火層、碳層、碳氮共滲層、氮層、硼層、金屬層等?；瘜W(xué)滲層淬火后不應(yīng)迅速回火，特別是300℃以下低溫回火的快速加熱將促進(jìn)表面形成拉應(yīng)力，而鋼基體的心臟和過(guò)渡層形成壓縮應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于壓縮應(yīng)力時(shí)，化學(xué)滲透層會(huì)開(kāi)裂和剝離。
預(yù)防措施：
（1）模具鋼化學(xué)滲透層的濃度和硬度應(yīng)從表到內(nèi)緩慢降低，增強(qiáng)滲透層與基體的結(jié)合力。滲透后的擴(kuò)散處理可使化學(xué)滲透層與基體過(guò)渡均勻；
(2)模具鋼化學(xué)處理之前進(jìn)行擴(kuò)散退火、球化退火、調(diào)質(zhì)處理，充分細(xì)化原始組織，能有效防止和避免剝離裂紋產(chǎn)生，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
5、網(wǎng)狀裂紋裂紋深度較淺，一般深度約為0.01～1.5mm，呈輻射狀，別名裂紋。主要原因有：
(1)原料有較深的脫碳層，冷卻加工未去除，或成品模具在氧化氣氛爐中加熱，導(dǎo)致氧化脫碳；
（2）模具脫碳表面的金屬組織不同于鋼基體馬氏體的碳含量和比容量。鋼脫碳表面淬火時(shí)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。因此，表面金屬往往沿晶體邊界開(kāi)裂成網(wǎng)狀；
（3）原材料為粗顆粒鋼，原組織粗大，鐵素體大，常規(guī)淬火不能消除，保留在淬火組織中，或溫度控制不準(zhǔn)確，儀器故障，組織過(guò)熱，甚至過(guò)熱，顆粒粗化，晶體邊界結(jié)合力喪失，模具淬火冷卻鋼碳化物沿奧氏體晶體邊界沉淀，晶體邊界強(qiáng)度大大降低，韌性差，脆性大，在拉應(yīng)力下沿晶體邊界網(wǎng)狀裂紋。
預(yù)防措施：
(1)嚴(yán)格檢查原料的化學(xué)成分、金相組織和探傷，不合格原料和粗晶粒鋼不得作為模具材料；
(2)選用細(xì)晶粒鋼和真空電爐鋼，投產(chǎn)前檢查原材料脫碳層深度，冷切加工余量必須大于脫碳層深度；
(3)制定先進(jìn)合理的熱處理工藝，選用微機(jī)控溫儀，達(dá)到控制精度±1.5℃，儀器定期現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證；
(4)真空電爐、保護(hù)氣氛爐、充分脫氧鹽浴爐加熱模具產(chǎn)品最終處理模具產(chǎn)品，有效防止和避免網(wǎng)狀裂紋的形成。
6.冷處理裂紋模具鋼多為中高碳合金鋼。淬火后，部分過(guò)冷奧氏體未轉(zhuǎn)化為馬氏體，保留在使用狀態(tài)下，成為殘余奧氏體，影響使用性能。如果在零度以下繼續(xù)冷卻，可以促進(jìn)殘余奧氏體的馬氏體轉(zhuǎn)化。因此，冷處理的本質(zhì)是淬火繼續(xù)。室溫下淬火應(yīng)力與零度下淬火應(yīng)力疊加，當(dāng)疊加應(yīng)力超過(guò)材料強(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，將模具放入沸水中煮30-60min，淬火內(nèi)應(yīng)力可消除15%-25%，穩(wěn)定殘余奧氏體，然后進(jìn)行-60℃常規(guī)冷處理或-120℃在深冷處理中，溫度越低，殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體的量越大，但不可能完全轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)表明，殘余奧氏體保留約2%-5%，少量殘余奧氏體可根據(jù)需要松弛應(yīng)力，起緩沖作用。由于殘余奧氏體柔軟堅(jiān)韌，可部分吸收馬氏體化的急劇膨脹能量，緩解相變應(yīng)力；
（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，進(jìn)一步消除冷處理應(yīng)力，避免形成冷處理裂紋，獲得穩(wěn)定的組織性能，確保模具產(chǎn)品在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變形。
7、磨削裂紋模具成品淬火、回火后磨削冷加工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生，大部分微裂紋垂直于磨削方向，深度約為0.05-1.0mm。
(1)原料預(yù)處理不當(dāng)，原料塊狀、網(wǎng)狀、帶狀碳化物未完全消除，嚴(yán)重脫碳；
(2)最終淬火加熱溫度過(guò)高，過(guò)熱，晶粒粗大，殘留奧氏體較多；
（3）研磨過(guò)程中應(yīng)力誘發(fā)相變，余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體，組織應(yīng)力大。此外，由于回火不足，殘余拉應(yīng)力較多，與磨削組織應(yīng)力疊加，或由于磨削速度、進(jìn)刀量大、冷卻不當(dāng)，金屬表面磨削熱急劇升溫至淬火加熱溫度，然后磨削液冷卻，導(dǎo)致磨削表面二次淬火。
預(yù)防措施：
（1）改造原材料，多次雙十字形變形鍛造，鍛造纖維組織繞腔或軸波形對(duì)稱(chēng)分布，采用最后一火高溫余熱淬火，然后高溫回火，可充分消除塊、網(wǎng)、帶、鏈碳化物，使碳化物細(xì)化至2-3級(jí)；
(2)制定先進(jìn)的熱處理工藝，控制最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)適當(dāng)降低磨削速度、磨削量和磨削冷卻速度，可有效防止和避免磨削裂紋的形成。
八、線(xiàn)切割裂紋裂紋出現(xiàn)在淬火、回火模塊在線(xiàn)切割過(guò)程中，改變了金屬表面、中間層和心應(yīng)力場(chǎng)的分布，淬火殘余內(nèi)應(yīng)力失去平衡變形，某一區(qū)域拉應(yīng)力大于模具材料強(qiáng)度極限，裂紋為弧尾剛性變質(zhì)層裂紋。實(shí)驗(yàn)表明，線(xiàn)切割過(guò)程是局部高溫放電和快速冷卻過(guò)程，使金屬表面形成樹(shù)枝鑄造組織凝固層，產(chǎn)生600-900MPa拉應(yīng)力和厚度約為0.03mm高應(yīng)力二次淬火白亮層。
裂紋原因：
(1)原料碳化物偏析嚴(yán)重；
(2)儀表故障，淬火加熱溫度過(guò)高，晶粒粗大，降低材料韌性，增加脆性；
（3）淬火工件未及時(shí)回火，回火不足，線(xiàn)切割過(guò)程中殘余應(yīng)力過(guò)大，新內(nèi)應(yīng)力疊加，導(dǎo)致線(xiàn)切割裂紋。
預(yù)防措施：
（1）嚴(yán)格檢查原材料入庫(kù)前，確保原材料組織成分合格。不合格原材料必須改進(jìn)鍛造，粉碎碳化物，使化學(xué)成分和金相組織達(dá)到技術(shù)條件后才能投入生產(chǎn)。模塊熱處理前的加工成品在淬火、回火、線(xiàn)切割前應(yīng)留出足夠的磨量；
(2)入爐前檢查儀器，選用微機(jī)控溫精度±1.5℃，加熱真空爐，保護(hù)氣氛爐，防止過(guò)熱和氧化脫碳；
(3)分級(jí)淬火、等溫淬火、淬火后及時(shí)回火，多次回火，充分消除內(nèi)應(yīng)力，為線(xiàn)切割創(chuàng)造條件；
(4)制定科學(xué)合理的線(xiàn)切割工藝。
9、疲勞裂紋模具在交變應(yīng)力反復(fù)作用下形成的微疲勞裂紋緩慢膨脹，導(dǎo)致突然疲勞斷裂。
（1）原材料存在發(fā)紋、自點(diǎn)、孔隙、松散、非金屬混合、碳化物嚴(yán)重分析、帶狀組織、塊狀游離鐵素體冶金組織缺陷，破壞基體組織的連續(xù)性，形成不均勻的應(yīng)力集中。鋼錠中的112沒(méi)有被排除在外，導(dǎo)致軋制過(guò)程中出現(xiàn)白點(diǎn)。Bi、 Pb、Sn、As和S、P鋼中等有害雜質(zhì)P易引起冷脆，而s容易引起熱脆，S，P有害雜質(zhì)超標(biāo)容易形成疲勞源；
(2)化學(xué)滲層過(guò)厚，濃度過(guò)大 、
