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影響模具鋼淬火裂紋形成的因素
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-06-10 | 184 次瀏覽 | 分享到:
影響模具鋼淬火裂紋形成的因素——鋼零件的化學成分和原始組織
  影響模具鋼淬火裂紋形成的因素——鋼零件的化學成分和原始組織
  模具鋼
  模具鋼鋼零件的化學成分
  
  鋼的碳含量和合金元素對鋼的淬火傾向有重要影響。
  
  一般來說,隨著馬氏體中碳含量的增加,板條馬氏體逐漸變成孿晶馬氏體,淬火微裂紋也增加,從而增加了馬氏體的脆性,降低了鋼的脆性斷裂強度,增加了淬火裂紋的傾向。
  
  隨著鋼中碳含量的增加,熱應力的影響減小,顯微組織應力的影響增大。在水中淬火時,工件的表面壓應力降低,而中間的最大拉應力接近表面。在油中淬火時,表面拉應力變大。所有這些都增加了淬火和開裂的趨勢。
  
  碳質量分數大于0.4%,熔點低于330℃的鋼發生淬火開裂。碳質量分數小于0.4%,Ms點高于330℃的鋼不產生淬火裂紋。
  
  生產實踐證明,選用ωc=0.4%的鋼種可以避免零件淬火裂紋。
  
  合金元素對淬火裂紋的影響是復雜的。隨著合金元素的增加,鋼的熱導率降低,增加了相變的不均勻性。同時,隨著合金含量的增加,奧氏體被強化,并且難以通過塑性變形來松弛應力,從而增加了熱處理期間的內應力,并且傾向于增加淬火裂紋。然而,合金元素的含量增加,這提高了鋼的淬透性,并且可以用溫和的淬火介質淬火,從而降低淬火裂紋的傾向。此外,一些合金元素如釩、鈮、鈦等具有細化奧氏體晶粒的作用,降低鋼的過熱傾向,從而降低淬火開裂傾向。
  
  原始組織的影響
  
  鋼件淬火前的原始狀態和組織對淬火裂紋有很大影響。大量生產實踐證明,在結構鋼中,鑄態工件、鍛造工件、焊接工件、熱軋工件和冷軋工件由于管理不當、未進行初步熱處理或未能進行正確的初步熱處理,往往是淬火裂紋的重要原因。這些狀態,由于粗奧氏體晶粒和嚴重魏氏組織的存在,或者沒有被消除,這些粗組織將在再淬火期間被“繼承”,使得淬火的馬氏體結構變得粗糙和易碎。同時,由于原始組織粗糙,組織的不均勻性增加,內應力增加,導致淬火開裂。
  
  模具鋼和軸承鋼中,淬火前原始組織中珠光體的形態、數量和分布,以及碳化物的溶解量、形態和分布對淬火開裂傾向有很大影響。
  
  與球狀珠光體相比,片狀珠光體在較高的加熱溫度下容易引起奧氏體晶粒長大和過熱。因此,對于原始片狀珠光體組織的鋼件,必須嚴格控制淬火加熱溫度和保溫時間。否則,鋼零件過熱會導致淬火開裂。
  
  對于原始組織為球狀珠光體的鋼零件,在淬火和加熱過程中,由于球狀碳化物相對穩定,在向奧氏體轉變的過程中,碳化物的溶解相對緩慢,往往會留下少量碳化物。這些殘余碳化物阻礙了奧氏體晶粒的生長,片狀珠光體的比容大于片狀珠光體,因此球狀珠光體淬火后的比容變化很小。因此,以均勻球狀珠光體為原始組織的鋼是淬火前減少裂紋的理想組織狀態。實踐證明,片狀珠光體比球狀珠光體更容易淬火和開裂。在片狀珠光體中,片層間距越小,淬火和開裂的傾向越大。
  
  模具鋼中碳化物的不均勻性對裂紋的形成也有一定的影響。退火后,網狀碳化物是不允許的,不僅因為鋼有很高的開裂傾向,而且因為網狀碳化物的存在會降低工具的使用性能。
  
  生產中經常發生反復淬火和開裂。這是因為在二次淬火之前沒有進行中間正火或中間退火。當在沒有退火的情況下通過直接二次淬火再加熱時,奧氏體晶粒容易顯著生長,導致過熱。因為過熱限制了谷物的生長。此外,雖然淬火前的加熱可以降低前一次淬火時的內應力,但不能完全消除。因此,還需要退火來完全消除它。最后,當多次重復淬火時,鋼件表面的碳含量趨于減少。因此,表層將形成碳含量較低、還原程度較小的細小珠光體或馬氏體,內部將形成淬火馬氏體。由于表層結構的比容小于內部淬火結構的比容,即表層由于內層的大比容而膨脹,所以表層受到強拉伸應力。這種拉伸應力是裂紋的主要原因。
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