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模具工件的热处理裂纹产生的原因及其特点

模具工件在热处理过程中产生开裂的原因如下。

⒈淬火过热造成奥氏体晶粒的粗大,淬火后马氏体针粗大,产生很大的脆性,降低了钢的塑性变形,容易产生马氏体微裂纹,该类缺陷多发生于工具钢的淬火加热中。

⒉加热速度过快、加热不均匀会使内应力增加,尤其是对合金元素较多、导热性差和尺寸较大的高合金钢模具工件,应进行预热或缓慢加热,则可能减少加热时的应力,使模具工件的内外温度趋于一致。
加热设备的加热体是完成淬火加热的根本所在,加热体(电极、电阻丝、石墨棒、金属加热管等)与模具工件的距离、升温速度、布置的位置、损坏程度等,均对加热模具工件产生淬火裂纹有直接的影响。

⒊冷却速度快,则在马氏体区域内冷却与相变应力有关,冷却速度越大,则相变应力也越大,表面层的拉应力越大,故造成淬火裂纹的产生。可采用双液淬火、分级淬火和等温淬火等,则可避免淬火裂纹的产生。

⒋清洁过早等于在马氏体转变区域内加速了冷却,产生的内应力将会增加,使模具工件发生裂纹。

⒌高速钢刀具加热温度过高,其显微组织中的奥氏体晶粒很大且不均匀,机械强度降低,淬火冷却时容易形成淬火裂纹,称为萘状断口。因此要求在钢的锻、轧等塑性加工的工序上,充分避免工件的过热,另一方面则是应避免未退火而进行直接(重复)淬火。

⒍表面脱碳后模具工件表面和内部的化学成分不同,淬火时发生相变的时间不一致,马氏体的膨胀量不同,脱碳层的马氏体转变完成或正要完成时而其心部的组织转变并未开始,表层处于压应力状态,当心部开始马氏体的转变时,表层的马氏体已经转变结束,表层处于强大的拉应力状态,容易造成模具工件的开裂。因此在加热过程中,要严格防止表面氧化脱碳现象的发生。
渗碳时如果由于渗碳过程,渗碳层就会成为硬而脆的碳化物层,过度渗碳还可能出现网状渗碳体,导致晶界裂纹。

⒎重复淬火造成钢的晶粒的粗大,同时也增加了淬火加热时脱碳的概率,内外马氏体膨胀量的差异是造成淬火开裂的主要原因。


⒏钢材的质量对淬火裂纹的产生有直接的关系,钢材的非金属夹杂物、疏松、缩孔、偏析和气孔等缺陷使材料的致密性差,其中非金属夹杂物破坏了钢结构的连续性,疏松、缩孔、偏析和气孔是造成应力集中的一些缺口,容易产生淬火裂纹。

⒐模具工件在锻造过程中,因各种原因出现冶金缺陷,如非金属夹杂物、缩孔和气泡等在锻造时容易引起裂纹的产生。同时加上锻造入炉温度高、升瘟过快、加热温度过高、锻造变形太大,终锻温度低以及冷却过快等,会引起锻造裂纹的产生。

⒑模具工件的形状同淬火裂纹的产生有密切的关系,形状复杂、截面突变、厚薄相差悬殊、带有棱角、沟槽等模具工件,淬火冷却时会产生极为复杂的内应力,引起淬火裂纹的产生。
另外模具工件上的冲刻标记以及机械加工不当,造成模具工件表面上有较深的凹痕和刀纹,造成该部位应力集中,引起淬火裂纹的产生。

⒒冷处理   由于淬火冷却时产生的淬火应力因冷却处理而增大了,冷处理使大量的残余奥氏体转变为马氏体而产生相变应力,二者的共同作用,造成了冷处理裂纹的出现。

⒓焊接纹多是在焊缝处发生的裂纹,由于焊接质量不佳(工艺参数不合理),在焊缝隙处存在气孔、氧化物夹杂或有局部的脱碳等,在热处理过程中或校直过程中会在此处开裂。

⒔校直裂纹有两种,即敲击是不可避免的,对于杆状刀具在凹处(低点)进行锤击校直时,如果敲击力过大或反复锤击,该部位引起冷作硬化,组织受到破坏而产生较大的应力,甚至有微细的裂纹。热点校直(或称为火焰校直)是用氧乙炔火焰热点弯曲零件的凸面,利用热胀冷缩的原理来完成零件的校直的,如果加热速度过快或重复加热某一部位,造成该处内应力过大而产生开裂。

⒕酸洗裂纹是氢原子扩散到钢中,产生相当大的内应力,使钢的强度和塑性降低,脆性增大(氢脆)。多发生在对焊的刀具、敲击和热校直的零件中,因此应严格控制酸洗液的浓度和酸洗时间。

⒖热处理不当造成的磨削裂纹,对于热处理需要磨削的模具工件,如果热处理后的残余应力较大或残余奥氏体量较多(回火不充分造成的),在磨削过程中残余奥氏体受热而转变为马氏体,造成体积的膨胀,故产生磨削裂纹。

⒗回火裂纹是因加热速度过快或冷却速度过急或因组织变化而形成的裂纹,快速回火加热易引起回火裂纹(表面与内部产生较大的内应力,同时回火后急速冷却也会引起裂纹)。