分析各加工工艺中模具钢裂纹的原因_优钢网_

模具钢在加工和使用过程中，特别是热处理、热处理后，由于内应力、外应力、材料本身的特点和质量，可能出现裂纹或裂纹，导致模具报废，今天介绍一些常见的案例和原因分析和相应的解决方案，希望减少或避免这些问题。

1、淬火裂纹：淬火过程中产生裂纹的原因有很多。综上所述，主要包括材料、热处理工艺和模具结构：

1.钢含量较多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As如低熔点有害杂质，组织呈带状偏析，容易产生应力集中，形成淬火裂纹或淬火时原材料裂纹膨胀形成裂纹，一般沿原材料方向分布。

淬火冷却速度远远超过材料的临界冷却速度或危险尺寸，也容易沿原材料方向产生裂纹 。

3.如果模具没有淬火，或者有横向分布的杂质，或者有横向分布的微裂纹，淬火时容易产生横向裂纹(垂直于原材料长度)。

4.弧形裂纹常发生在模具棱角、凸台、刀纹、尖角、直角、缺口、孔洞、凹模接线飞边等形状突变处，因为淬火时棱角处产生的应力约为平面平均应力的10倍。

5.钢中不同组织的变化与同一组织的变化不同。由于不同组织的比容差，组织应力巨大，导致组织交界处形成弧形裂纹。

6.淬火后未及时回火，或回火不足，钢中残留奥氏体未完全变化，保留在使用状态，促进应力重新分布，或模具服务时残留奥氏体发生马氏体相变，产生新的内应力。当综合应力大于钢强度极限时，也会形成弧形裂纹

7.夹杂物含量高，P、S有害杂质化合物沿晶界沉淀，大大降低晶界结合力和韧性，增加脆性，在外力作用下形成弧形裂纹

8.一般原因包括模具脱碳层或加热过程中脱碳、原组织粗大、温度控制不准确、仪器故障组织过热过烧导致晶粒粗化、模具淬火冷却过程中大量碳化物沿奥氏体晶界沉淀，导致晶界强度大大降低致韧性差、脆性大等，形成条状或网状裂纹

实际上，在模具加工和使用过程中，裂纹的形成往往是由多种原因引起的。为了减少裂纹的可能性，建议从各个方面开始：

(1)严格的原材料检测、夹杂物、带状偏析、微裂纹、黑皮等，尽量选择夹杂物，偏析轻钢。

（2）合理的淬火工艺，合理的回火工艺，及时回火，消除淬火应力，防止淬火应力膨胀；长期回火，提高模具抗断裂韧性值；充分回火，组织性能稳定；多次回火使残余奥氏体转化，消除新应力；合理回火，提高钢疲劳抗力和综合机械力学性能

(3)热处理时工件尽量对称，减少形状突变，R角度尽可能大，穿孔代替盲孔，提高表面清洁度，减少应力集中点，对不合理的表面结构采取保护措施，降低冷却速度 ，防止淬火裂纹

案例说明：

热处理后沿厚度中间开裂，原料组织粗大，带状偏析严重，导致热处理时应力大

2、表面处理后表面裂纹或表面剥落：影响的主要原因是材料的均匀性、表面处理的质量和后期回火。应选择杂质少、细化充分的优质原始组织。表面处理质量合格，硬度梯度合理。表面硬化层深度明显超厚，表面应力大引起裂纹

3、冷处理裂纹：中高碳合金钢淬火后，部分过冷奥氏体未转化为马氏体，保留在使用状态下，成为残余奥氏体，影响使用性能。需要进行深冷或超深冷。淬火应力和深冷应力的叠加超过了材料强度的极限。建议先回火再冷处理，冷处理后回火缓慢加热，及时回火，避免冷处理应力形成裂纹

四、研磨裂纹：常见于高硬度冷模具钢，一般发生在研磨加工后，表面形成大量平行微裂纹或网状裂纹，主裂纹垂直于研磨方向，原因大致如下：

a)大块碳化物超标，共晶碳化物不均匀性超标，或热处理脱碳

b)热处理工艺不当，致热处理后残余奥氏体过多

c)磨加工速度过快，进刀量过大，冷却不足等

预防措施建议：

1)控制原晶碳化物的质量

2)制定合理的热处理工艺，降低奥氏体残余热处理含量

3)及时回火，避免开裂

4)控制磨加工速度和冷却速度，避免裂纹形成

5、放电加工裂纹：放电加工裂纹的主要原因是放电加工过程中工件表面或电流过大R应力集中导致角位开裂，放电加工时应有合理的加工速度，避免加工速度过快导致表面变质层过厚，避免表面微裂纹和较厚的变质层，特别是非常小R需要更加注意角或结构薄弱。

6、线切割加工裂纹：线切割加工过程中，工件热处理过程中的内应力分布发生变化，线切割加工过程中的应力叠加导致材料开裂。常见于高硬度、低韧性钢材。主要原因是原材料不均匀、热处理工艺不当、回火不足等。建议选择优质材料、合理的热处理工艺、科学合理的线切割参数和工艺。图1图2中的工件放电加工后出现裂纹。分析发现，表面放电加工的变质层很厚，有明显的微裂纹。裂纹是由放电加工的微裂纹在应力作用下扩展而成的；图3图4是由大面积复杂的线切割引起的R角的裂纹。

7、疲劳裂纹：模具在生产过程中承受交变应力或冷热疲劳引起的裂纹，其应力明显低于材料强度。造成这一点的原因有很多。一般来说，主要影响因素包括材料、热处理、表面粗糙度、生产过程中的外应力和各种容易引起应力集中的因素。疲劳裂纹往往由多种因素共同作用，主要从材料、热处理、放电处理、外应力和模具结构等方面进行改进，特别是压铸模具，R影响角热裂纹的因素很多

8、焊接裂纹：由于焊接工艺或焊接水平或焊接后热处理工艺的影响，焊区在加工和使用过程中出现裂纹，裂纹形状杂乱无章，或沿焊区边缘分布。建议采用氩弧焊和专用焊枝进行大面积焊接。合理的热处理工艺可以降低开裂的风险，下图案例是焊接不良造成的。

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