有了新型中频感应退火设备,再也不用担心DIN 100MnCrW4模具钢产生开裂缺陷了

日期:2018-11-22 / 浏览: 次 / 来源:郑州高氏

有了新型中频感应退火设备,再也不用担心DIN 100MnCrW4模具钢产生开裂缺陷了

某冷作模具尺寸为23mmx310mmx330mm,工件材料为DIN lOOMnCrW4钢[主要化学成分(质量分数)为:0.88%C,1.10%Mn,0.65%Cr,0.54%W,0.07%V]。热处理工艺为:820℃xlh加热后淬油冷至50℃,然后进行240℃×2.5h两次回火处理。生产中发现,磨削加工后模具出现边角崩裂,造成模具失效报废。

宏观检验发现,模具边角崩裂和裂纹共3处。第1处裂口沿工件横向,裂块崩裂掉落,裂块尺寸为155mmx13mmx5mm;第2处裂纹沿孔壁最薄处模具纵向完全裂开,位于第1处崩裂块左侧中间大圆孔部位;第3处裂纹位于模具下侧面,距工件左下角l10mm处,呈现两条细裂纹,自棱边向厚度方向延伸,和工件平面呈垂直状态。模具硬度为58HLC。模具表面检查发现,工件棱边、角及孔口部位机加工粗糙,并且加工大孔与模具相交面均无圆弧过渡,呈直角台阶状,而且该部位工件壁厚最薄(约6mm),是典型的应力集中区域。低倍观察断口形貌可见,开裂断口呈银灰色。经扫描电镜微观观察,发现断口呈典型冰糖状形貌特征,为沿晶脆性断裂。能谱分析表明,断裂模具断裂处存在大量碳化物。断裂模具显微检验和分析表明,裂纹扩展呈椭圆弯曲特征,裂纹前缘细小,未发现钝化现象。局部裂纹处有未脱落的碳化物液析存在,碳化物附近形成显微孔洞。裂纹区域发现未脱溶的碳化物存在。该处显微组织为回火马氏体+颗粒状碳化物+少量块状碳化物+少量残留奥氏体。模具材料中碳化物带状偏析明显,带状偏析为3级。裂纹区域局部有半封闭或封闭的二次网状碳化物存在,并且在碳化物偏析带内发现被拉长的塑性夹杂,呈灰色,其网状碳化物为3-4级。

从模具裂纹检验金相分析可知,该裂纹系淬火开裂,而不是热处理前形成的。显微组织分析表明,开裂模具存在二次网状碳化物和带状偏析,以及局部偏聚碳化物液析,这是模具淬火开裂的主要原因。和基体相比,模具中存在的碳化物既硬且脆,相界面处易产生应力集中,成为微裂纹源。在内应力作用下,裂纹易沿碳化物扩展,并最终导致工件淬火开裂。另一方面,模具棱边、角和加工孔口机加工粗糙痕迹及无圆角过渡等加工缺陷与结构设计的不合理,使这些部位易出现应力集中,并出现微裂纹,这是促使模具裂纹开裂的次要原因。

综上分析,提出防止模具淬火开裂失效的工艺改进措施如下:

(1)模具坯料热处理前应进行改锻,以消除模具坯料带状偏析,使碳化物组织分布均匀化,以降低产生应力集中和开裂的隐患和危险。

(2)机加工后应采用新型中频感应退火设备进行去应力退火,消除工件应力,减少工件淬火开裂倾向。

(3)改进模具设计和加工,提高模具加工精度和开孔与模面相交圆角过渡等,以减少应力集中和微裂纹等倾向。

经众多实践证明,采用上述改进措施进行热处理后,DIN 100MnCrW4模具钢无开裂缺陷,而且使用寿命以及工件性能都得到很大程度的提高,满足了工作要求。更让大家欢喜的是它可以进行大规模的批量生产,能够大大提高生产效率。