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1、淬火裂纹淬火裂纹 淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹。后者又叫时效裂纹。造成淬火开裂的原因很多，在分析淬火裂纹时，应根据裂纹特征加以区分。 淬火裂纹的特征 在淬火过程中，当淬火产生的巨大应力大于材料本身的强度并超过塑性变形极限时，便会导致裂纹产生。淬火裂纹往往是在马氏体转变开始进行后不久产生的，裂纹的分布则没有一定的规律，但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。 在显微镜下观察到的淬火开裂，可能是沿晶开裂，也可能是穿晶开裂；有的呈放射状，也有的呈单独线条状或呈网状。因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹，往往是穿晶分布，而且裂纹较直，周围没有分枝的小裂纹。因淬火加
2、热温度过高而引起的淬火裂纹，都是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并呈现过热特征：结构钢中可观察到粗针状马氏体；工具钢中可观察到共晶或角状碳化物。表面脱碳的高碳钢工件，淬火后容易形成网状裂纹。这是因为，表面脱碳层在淬火冷却时的体积胀比未脱碳的心部小，表面材料受心部膨胀的作用而被拉裂呈网状。 非淬火裂纹的特征 淬火后发生的裂纹，不一定都是淬火所造成的，可根据下面特征来区分： 淬火后发现的裂纹，如果裂纹两侧有氧化脱碳现象，则可以肯定裂纹在淬火之前就已经存在。淬火冷却过程中，只有当马氏体转变量达到一定数量时，裂纹才有可能形成。与此相对应的温度，大约在250以下。在这样的低温下，即使产生了裂纹，裂纹两侧也不会发
3、生脱碳和出现明显氧化。所以，有氧化脱碳现象的裂纹是非淬火裂纹。 如果裂纹在淬火前已经存在，又不与表面相通，这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳，但裂纹的线条显得柔软，尾端圆秃，也容易与淬火裂纹的线条刚健有力，尾端尖细的特征区别开来。 实例探讨 1、轴，40Cr，经锻造、淬火后发现裂纹。裂纹两侧有氧化迹象，金相检验，裂纹两侧存在脱碳层，而且裂纹两侧的铁素体呈较大的柱状晶粒，其晶界与裂纹大致垂直。结论：裂纹是在锻造时形成的非淬火裂纹。 当工件在锻造过程中形成裂纹时，淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳。随着脱碳过程的进行，裂纹两侧的碳含量降低，铁索体晶粒开始生核。当沿裂纹两侧生核的铁素体晶粒长大到彼此接触后
4、，便向离裂纹两侧较远的基体方向生长。由于裂纹两侧在脱碳过程中碳浓度的下降，也是由裂纹的开口部位向内部发展，因而为铁素体晶粒的不断长大提供了条件，故最终长大为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。 2、半轴套座，40Cr，淬火后出现开裂。金相检验，裂纹两侧有全脱碳层，其中的铁素体呈粗大柱状晶粒，并与裂纹垂直。全脱碳层内侧的组织为板条马氏体加少量托氏体，这种组织是正常淬火组织。结论：在加工过程中未经锻造，因此属原材料带来的非淬火裂纹。 3、齿轮铣刀，高速钢，淬火后在内孔壁上出现裂纹。金相检验，发现裂纹附近的碳化物呈不均匀的带状分布。结论：这是由于组织不均匀所造成的淬火裂纹。 当钢的显微组织中存在碳化物聚集时
5、，这些地方碳和合金元素的含量比较高，造成临界温度降低。因此，即使是在正常的温度下进行淬火加热，对于碳化物聚集处来讲，加热温度已显得过高了。其结果是这些地方出现过热组织，降低了钢的强度，淬火冷却时，在应力作用下产生开裂。 高速钢的碳化物不均匀性是这种钢的重要质量指标之一。为减少或预防这类缺陷发生，冶金厂和使用厂都在不断采取措施，如使用厂用改锻工艺来均匀组织。当碳化物不均匀性的改善程度受到限制时，可在保证硬度的前提下采用较低淬火加热温度来避免过热组织产生。 4、W18Cr4V钢制模具，高温盐浴中加热后油冷，发现开裂。从裂纹特征上看是冷却过快所致。因工件截面较大，冷却时内外温差也大，当表面转变为马氏
6、体时，内部仍处于奥氏体状态，以后的冷却过程中才逐步转变为马氏体，致使表层受内部体积胀大的作用承受很大的拉应力而开裂。因此，可以判断为淬火裂纹。 机床零件淬火裂纹分析 淬火是目前用来提高钢件机械性能的一种行之有效的方法。通过淬火及回火，可以大幅度提高钢的强度、韧性及疲劳强度，并可获得他们之间的各种配合，以满足不同的需要。钢件淬火时伴随着一种组织转变-马氏体转变，马氏体是一种脆性相，在宏观淬火内应力的作用下容易使钢件产生淬火裂纹。在机床零件加工的过程中淬火裂纹是零件较严重的热处理缺陷之一，导致零件报废，既浪费了材料与加工费用，又影响了生产，造成了一定的经济损失。因此，分析钢件产生淬火裂纹的原因，找
7、出其规律，采取预防措施是很必要的。 一综述 淬火裂纹是由许多因素造成的，有其内部的原因，也有其外部的原因。总的来说，马氏体的本质脆性是淬火裂纹的内因，而马氏体的晶体结构、亚结构、化学成分、冶金缺陷等是马氏体本质脆性的影响因素；钢件的宏观淬火内应力来源于加热和冷却过程中的热应力和组织应力是造成淬火开裂的外因。下面将从微观到宏观，从内部到外部对钢件的淬火裂纹进行分析，并采取措施防止裂纹的发生。 二、马氏体本质脆性钢件淬火裂纹的内因 众所周知，中高碳钢淬火后，其韧性低，脆性大，易产生显微裂纹和宏观开裂。这主要是由马氏体的本质脆性决定的。而马氏体的本质脆性又决定于马氏体的碳固容量、亚结构、显微应力及显
8、微裂纹。 2.1.马氏体中的碳固容量 马氏体是碳在-Fe中的溶解度极小(0.02%-Fe中容纳过量碳的结果，必将使其晶格发生畸变，晶格中过饱和的碳原子强烈地消弱了铁原子间的结合力。因此，随着马氏体中碳固容量的增加，钢件脆性倾向增大。 2.2马氏体的亚结构 板条马氏体是由高密度的位错组成的，板条马氏体中的位错易于滑动，其可动性比孪晶大，位错的运动能缓和局部区域的应力集中，延迟裂纹形核，其韧性好、脆性小。片状马氏体中的大量细小孪晶使华亿变形不易进行，降低了其塑性和韧性，易于诱发裂纹，脆性较大。 2.3马氏体中的显微裂纹 马氏体形成时容易产生显微裂纹，这是指在中高碳钢中，而低碳钢的马氏体组织中难以形
9、成显微裂纹。这是因为低碳马氏体为平行的板条，相互碰撞的机会少，且本身的塑性高，可以通过变形而使应力松弛，不易产生显微裂纹。而高碳马氏体内由于马氏体片相互碰撞，片状马氏体又不能作相应的形变来消除应力，造成碰遇处得应力场，当应力足够大时就形成显微裂纹。这种先天的缺陷使高碳马氏体进一步增加了脆性，在其它应力的作用下，显微裂纹可能发展为宏观开裂。 影响形成显微裂纹的因素很多，如淬火介质的温度，马氏体的形成量，奥氏体的原始晶粒大小，马氏体的长度和厚度等。当淬火介质的温度由40降到负50的时候，显微裂纹剧烈增多，在此温度范围内，马氏体数量也增加较快。马氏体片愈粗大，则形成显微裂纹的敏感度愈大，奥氏体晶粒越
10、粗大，马氏体往往愈大，先形成的马氏体片为其它马氏体碰撞的几率越大，或碰撞遇到晶界的几率也愈大，形成显微裂纹的敏感度愈大。 在实际生产中，对高碳钢可采用较低的淬火温度，缩短保温时间，采用等温淬火活淬火后及时回火，可降低或避免高碳马氏体中显微裂纹的产生。 以上讨论了马氏体的本质脆性和马氏体的显微裂纹。马氏体的显微裂纹是由于马氏体片互相碰撞，在碰遇处产生应力及应力集中造成的。但是这类应力不足以使钢件产生宏观开裂，只有在淬火宏观应力及其它外力的作用下才能引起工件的宏观开裂。 三淬火宏观内应力钢件淬火裂纹的外因 钢件淬火过程中经过加热、保温、冷却的过程。钢件在加热和冷却的过程中，由于热胀冷缩发生体积变化
11、，同事还发生相变，金属相变都伴有比容的变化，比如淬火冷却时，由奥氏体转化为马氏体，马氏体的比容大于奥氏体，产生了体积膨胀，工件的体积变化使工件各个部分之间受到牵制便形成了内应力。由热胀冷缩引起的内应力为热应力，由于相变产生的内应力为组织应力。 钢件内应力随着热处理过程的进行，其大小、方向、分布随时都在发生着变化，热处理后在工件中尚未松弛而残留下来的内应力为残余内应力，热处理后的内应力是热应力和组织应力的叠加。 钢件淬火时，在冷却初期，未产生相变，表层的温度梯度比内部大，只有热应力，随着冷却过程的进行，表层和内层的温差减小，热应力影响小，这时以组织应力为主，表层首先冷却到Ms点生成马氏体组织而膨
12、胀，这时给尚处于奥氏体状态的心部以拉应力，表现为心部受拉应力，表层受压力。由于奥氏体所行很好，此应力可通过奥氏体的塑性变形而松弛。当心部也转变为马氏体时，由于表层已形成的马氏体硬度高、脆性大、塑性极小，心部对表层产生拉应力，心部产生压应力，并被作为残余应力保存下来。图1为Fe11.7Ni合金900水淬后的残余应力分布。由图1可以看出，钢件表面的切向拉应力很大，如果超过钢的抗拉强度，那么工件将开裂，产生纵向裂纹。 中心未淬硬时，表层受压应力，心部受拉应力。如图2.心部由于珠光体的塑性好而不会被拉裂，与中心被淬硬的相比，较难淬裂。零件渗碳淬火后，对45、20Cr、18CrMnTi钢来说表层受压应力
13、，心部为拉应力，一般不易淬裂。 对于渗碳铬镍钢则不同，表层为拉应力。图3为20Cr2Ni4A钢应力沿硬化层的分布，渗碳铬镍钢渗碳后，渗层中的含碳量远远高于心部的含碳量，渗碳层内碳浓度由表面向内部逐渐降低，因而渗层内不同区域奥氏体稳定性和转变机构不一致，造成了沿渗碳层厚度的组织不均匀，渗碳淬火后产生了内应力，在一定冷却速度下，渗碳层表面过共析层先冷却收缩转变为屈氏体加渗碳体，随着冷却进行，内层较稳定的奥氏体转变为马氏体，过渡层为索氏体或屈氏体，从而表层受到了很大拉应力作用，若表层屈氏体较薄时，则该区域的拉应力增大。由于马氏体比容最大，膨胀产生压应力，使屈氏体表层产生无规则的裂纹。如果马氏体受到很
14、大压应力作用，可以形成剥离裂纹。 钢件感应加热淬火时，使表层局部区域发生组织结构的变化。由于表层硬化层和心部组之间较大的差异，以及快速加热、急冷引起热应力和组织应力的综合叠加，在冷却初期，表层和内层由于温差很大引起热应力，使表层受拉、心部受压。随冷却进一步进行，表层压应力和内部拉应力继续增大，最后，残余应力为表层呈压应力，心部为拉应力。 图4为球墨铸铁无心圆柱，以旋转移动法进行外表面的高频淬火，改变移动速度得到不同的淬硬深度形成的残余应力分布图。由图可以看出，随着硬化层深度的增加将使切向应力比轴向应力大转变为轴向应力比切向应力大。心部拉应力增加而硬化层的压应力变小。当硬化层极薄时，其表面压应力
15、太小，且拉应力极大值接近表面，这时将以硬化层稍下为起点发生破坏。硬化层极厚时，表层拉应力将增加当超过了钢的断裂强度时，工件表面将出现裂纹，当然为纵向裂纹。钢件淬火后零件各部分的应力是复杂的，而且是不均匀的。这些都增加了钢的脆性。淬火裂纹是淬火钢的脆性断裂。压应力作用不可能断裂，只有拉应力作用才能导致钢件断裂。如圆筒类零件。淬透时在孔的内侧产生淬火裂纹，这是因为外侧冷却快，孔内侧冷却慢，组织应力引起主导作用，在内侧呈拉应力，造成淬火裂纹。如果加大内孔的冷却速度，以增加压应力的成分，削弱拉应力，就可避免淬火裂纹。 四.淬火裂纹的宏观形态 钢在淬火后各种形式的裂纹如图5. 4.1纵向裂纹多半产生在淬
16、透的钢件上，表层的切向拉应力大于轴向拉应力时才能出现。这种裂纹沿轴向分布，由表面裂向心部，如图5A 4.2横向裂纹它是在工件未淬透的情况下，产生于淬透层与未淬透的心部之间的过渡区。内应力特征是表面受压，距离表面一定距离处压应力变为拉应力，轴向拉应力最大，产生的是横向裂纹，如图5B 4.3应力集中裂纹零件上具有夹角、切口、凹槽的部位易产生应力集中。再加上淬火冷却时的不均匀，常易在这些部位引起裂纹。这种裂纹没有固定的形态特征。 4.4网状裂纹它是一种表面裂纹，其深度较浅，一般在0.01-2mm范围内，裂纹呈任意方向，形成网状。高碳钢工件表面脱碳后，其马氏体比容较小，从而在表面形成拉应力，导致网状裂
17、纹，如图5C 4.5剥离裂纹产生在应力急剧过渡的极薄区域内，潜伏在平行于表面的内部裂纹严重扩展时造成表面剥落，见图5D 五如何防止和减少工件淬火裂纹。 除了应合理设计零件、合理选材外，在热处理工艺方面注意以下问题。 5.1选择合适的加热温度 对不同钢材其淬火加热温度是不同的，除了以临界点为根据外，还要考虑工件的性能、材质。一般应尽量选择低一些的加热温度，但是也存在提高淬火加热温度有助于防止淬裂的情况。若工件心部能淬透时，应尽量采用较低的淬火温度防止纵裂，对于心部不能淬硬的工件，温度可以高些，对于厚度较大的高碳工件，可通过适当提高淬火温度的方法来防止其弧状裂纹。 5.2合理地进行加热 尽可能做到
18、加热均匀，减少加热时的热应力，对于大截面、形状复杂、变形要求高的工件，一般都要预热，或限制加热速度。 5.3淬火剂的合理选择 为了保证工件的淬火硬度和淬硬层深度，淬火剂应有足够的冷却能力，冷却速度过大，增大热应力和组织应力，易导致淬裂。因此尽可能采用Ms点以上冷却速度较快，而在Ms点以下冷速较慢的介质。 5.4正确选择冷却方法。 为了防止产生淬火裂纹，实际中采用许多淬火方式，如预冷淬火、分级淬火、等温淬火等淬火方式。对形状复杂、截面变化突然的工件，单液直接淬火易产生应力集中裂纹，若采用预冷淬火，可有效地避免淬火裂纹。另外，对合金钢采用分级淬火是消除淬火裂纹的好办法。 5.5及时回火 工件淬火后
19、，淬火组织中有一定量的残余奥氏体，残余奥氏体是不稳定的组织，淬火后的一段时间还要发生A-M的转变，组织应力还要继续增加，淬火应力还在不断地重新分布，若不及时回火，则易导致工件开裂。因此淬火后及时回火，可降低内应力，焊合显微裂纹，提高钢的破断抗力，有效地防止淬火裂纹的发生。 模具钢热处理常见淬火裂纹10种类型。 1纵向裂纹 裂纹呈轴向，形状细而长。当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体，产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生： (1)钢中含有较多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等
20、低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹； (2)模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内(碳工具钢淬裂危险尺寸为8-15mm，中低合金钢危险尺寸25-40mm)或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹。 预防措施： (1)严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产； (2)尽量选用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔模具钢材； (3)改进热处理工艺，采用真空加工热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分析淬火、等温淬火； (4)变无心淬火为有心淬火
21、即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施，大幅度降低拉应力，能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。 2横向裂纹 裂纹特征是垂直于轴向。未淬透模具，在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值，因形成的轴向应力大于切向应力，导致产生横向裂纹。锻造模块中S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹。 预防措施： (1)模块应合理锻造，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2-3之间，锻造之间双十字形变向锻造，经五镦五拔多火锻造，使钢中碳化物和杂质呈细、小、匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无
22、定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源； (2)选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为张应力，相互抵消，有效防止热应力裂纹形成，在钢的Ms-Mf之间缓冷，大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力。当钢中热应力与相应应力总和为正(张应力)时，则易淬裂，为负时，则不易淬裂。充分利用热应力，降低相变应力，控制应力总和为负，能有效避免横向淬火裂纹发生。CL-1有机淬火介质是较理想淬火剂，同时可减少和避免淬火模具畸变，还可控制硬化层合理分布。调正CL-1淬火剂不同浓度配比，可得到不同冷却速度，获得所
23、需硬化层分布，满足不同模具钢需求。 3弧状裂纹 常发生在模具棱角、凸台、刀纹、尖角、直角、缺口、孔穴、凹模接线飞边等形状突变处。这是因为，淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的10倍。另外: (1)钢中含碳(C)量和合金元素含量愈高，钢Ms点愈低，Ms点降低2，则淬裂纹倾向增加1.2倍，Ms点降低8，淬裂倾向则增加8倍； (2)钢中不同组织转变和相同组织转变不同时性，由于不同组织比容差，造成巨大组织应力，导致组织交界处形成弧状裂纹； (3)淬火后未及时回火，或回火不充分，钢中残余奥氏体未充分转变，保留在使用状态中，促使应力重新分布，或模具服役时残余奥氏体发生马氏体相变产生新的内应力，当综合
24、应力大于该钢强度极限时便形成弧状裂纹； (4)具有第二类回火脆性钢，淬火后高温回火缓冷，导致钢中P、S等有害杂质化合物沿晶界析出，大大降低晶界结合力和强韧性，增加脆性，服役时在外力作用下形成弧状裂纹。 预防措施： (1)改进设计，尽量使形状对称，减少形状突变，增加工艺孔与加强筋，或采用组合装配； (2)圆角代直角及尖角锐边，贯穿孔代盲孔，提高加工精度和表面光洁度，减少应力集中源，对于无法避免直角、尖角锐边、盲孔等处一般硬度要求不高，可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包扎或填塞，人为造成冷却屏障，使之缓慢冷却淬火，避免应力集中，防止淬火时弧状裂纹形成； (3)淬火钢应及时回火，消除部分淬火内应力，防
25、止淬火应力扩展； (4)较长时间回火，提高模具抗断裂韧性值： (5)充分回火，得到稳定组织性能； (6)多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力； (7)合理回火，提高钢件疲劳抗力和综合机械力学性能； (8)对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷(水冷或油冷)，可消除二类回火脆性，防止和避免淬火时弧状裂纹形状。 4剥离裂纹 模具服役时在应力作用下，淬火硬化层一块块从钢基体中剥离。因模具表层组织和心部组织比容不同，淬火时表层形成轴向、切向淬火应力，径向产生拉应力，并向内部突变，在应力急剧变化范围较窄处产生剥离裂纹，常发生于经表层化学热处理模具冷却过程中，因表层化学改性与钢基体相变不同时性引
26、起内外层淬火马氏体膨胀不同时进行，产生大的相变应力，导致化学处理渗层从基体组织中剥离。如火焰表面淬硬层、高频表面淬硬层、渗碳层、碳氮共渗层、渗氮层、渗硼层、渗金属层等。化学渗层淬火后不宜快速回火，尤其是300以下低温回火快速加热，会促使表层形成拉应力，而钢基体心部及过渡层形成压缩应力，当拉应力大于压缩应力时，导致化学渗层被拉裂剥离。 预防措施： (1)应使模具钢化学渗层浓度与硬度由表至内平缓降低，增强渗层与基体结合力，渗后进行扩散处理能使化学渗层与基体过渡均匀； (2)模具钢化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调质处理，充分细化原始组织，能有效防止和避免剥离裂纹产生，确保产品质量。 5网状裂纹
27、 裂纹深度较浅，一般深约0.011.5mm，呈辐射状，别名龟裂。原因主要有： (1)原材料有较深脱碳层，冷却削加工未去除，或成品模具在氧化气氛炉中加热造成氧化脱碳； (2)模具脱碳表层金属组织与钢基体马氏体含碳量不同，比容不同，钢脱碳表层淬火时产生大的拉应力，因此，表层金属往往沿晶界被拉裂成网状； (3)原材料是粗晶粒钢，原始组织粗大，存在大块状铁素体，常规淬火无法消除，保留在淬火组织中，或控温不准，仪表失灵，发生组织过热，甚至过烧，晶粒粗化，失去晶界结合力，模具淬火冷却时钢的碳化物沿奥氏体晶界析出，晶界强度大大降低，韧性差，脆性大，在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开。 预防措施： (1)严格原材
28、料化学成分、金相组织和探伤检查，不合格原材料和粗晶粒钢不宜作模具材料； (2)选用细晶粒钢、真空电炉钢，投产前复查原材料脱碳层深度，冷切削加工余量必须大于脱碳层深度； (3)制订先进合理热处理工艺，选用微机控温仪表，控制精度达到1.5，定时现场校验仪表； (4)模具产品最终处理选用真空电炉、保护气氛炉和经充分脱氧盐浴炉加热模具产品等措施，有效防止和避免网状裂纹形成。 6冷处理裂纹 模具钢多为中、高碳合金钢，淬火后还有部分过冷奥氏体未转变成马氏体，保留在使用状态中成为残余奥氏体，影响使用性能。若置于零度以下继续冷却，能促使残余奥氏体发生马氏体转变，因此，冷处理的实质是淬火继续。室温下淬火应力和零
29、度下淬火应力叠加，当叠加应力超过该材料强度极限时便形成冷处理裂纹。 预防措施： (1)淬火后冷处理之前将模具置于沸水中煮30-60min，可消除15-25淬火内应力并使残余奥氏体稳定化，再进行-60常规冷处理，或进行-120深冷处理，温度愈低，残余奥氏体转变成马氏体量愈多，但不可能全部转变完，实验表明，约有2-5残余奥氏体保留下来，按需要保留少量残余奥氏体可松驰应力，起缓冲作用，因残余奥氏体又软又韧，能部分吸收马氏体化急剧膨胀能量，缓和相变应力； (2)冷处理完毕后取出模具投入热水中升温，可消除40-60冷处理应力，升温至室温后应及时回火，冷处理应力进一步消除，避免冷处理裂纹形成，获得稳定性组
30、织性能，确保模具产品存放和使用中不发生畸变。 7磨削裂纹 常发生在模具成品淬火、回火后磨削冷加工过程中，多数形成的微细裂纹与磨削方向垂直，深约0.05-1.0mm。 原因: (1)原材料预处理不当，未能充分消除原材料块状、网状、带状碳化物和发生严重脱碳； (2)最终淬火加热温度过高，发生过热，晶粒粗大，生成较多残余奥氏体； (3)在磨削时发生应力诱发相变，使残余奥氏体转变为马氏体，组织应力大，加上因回火不充分，留有较多残余拉应力，与磨削组织应力叠加，或因磨削速度、进刀量大及冷却不当，导致金属表层磨削热急剧升温至淬火加热温度，随之磨削液冷却，造成磨削表层二次淬火，多种应力综合，超过该材料强度极限
31、，便引起表层金属磨削裂纹。 预防措施： (1)对原材料进行改锻，多次双十字形变向镦拔锻造，经四镦四拔，使锻造纤维组织围绕型腔或轴线呈波浪形对称分布，并利用最后一火高温余热进行淬火，接着高温回火，能充分消除块状、网状、带状和链状碳化物，使碳化物细化至2-3级； (2)制订先进的热处理工艺，控制最终淬火残余奥氏体含量不超标； (3)淬火后及时进行回火，消除淬火应力； (4)适当降低磨削速度、磨削量、磨削冷却速度，能有效防止和避免磨削裂纹形成。 8线切割裂纹 该裂纹出现在经过淬火、回火的模块在线切割加工过程中，此过程改变了金属表层、中间层和心部应力场分布状态，淬火残余内应力失去平衡变形，某一区域出现
32、大的拉应力，此拉应力大于该模具材料强度极限时导致炸裂，裂纹是弧尾状刚劲变质层裂纹。实验表明，线切割过程是局部高温放电和迅速冷却过程，使金属表层形成树枝铸态组织凝固层，产生600-900MPa拉应力和厚约0.03mm的高应力二次淬火白亮层。 裂纹产生原因： (1)原材料存在严重的碳化物偏析； (2)仪表失灵，淬火加热温度过高，晶粒粗大，降低材料强韧性，增加脆性； (3)淬火工件未及时回火和回火不充分，存在过大的残余内应力和线切割过程中形成的新内应力叠加导致线切割裂纹。 预防措施： (1)严格原材料入库前检查，确保原材料组织成分合格，对不合格原材料必须改进锻，击碎碳化物，使化学成分、金相组织等达到
33、技术条件后方可投产、模块热处理前加工成品需留足一定磨量后淬火、回火、线切割； (2)入炉前校验仪表，选用微机控温，控温精度1.5，真空炉、保护气氛炉加热，严防过热和氧化脱碳； (3)采用分级淬火、等温淬火和淬火后及时回火，多次回火，充分消除内应力，为线切割创造条件； (4)制订科学合理线切割工艺。 9. 疲劳断裂 模具服役时在交变应力反复作用下形成的显微疲劳裂纹缓慢扩展， 导致突然疲劳断裂。原因: (1)原材料存在发纹、白点、孔隙、疏松、非金属夹杂、碳化物严重偏析、带状组织、块状游离铁素体冶金组织缺陷，破坏了基体组织连续性，形成不均匀应力集中。钢锭中H2未排除，导致轧制时形成白点。钢中存在Sb
34、、Bi、Pb、Sn、As和S、P等有害杂质，钢中的P易引起冷脆，而S易引起热脆，S、P有害杂质超标均易形成疲劳源； (2)化学渗层过厚、浓度过大、渗层过徒、硬化层过浅、过渡区硬度低等都可导致材料疲劳强度急剧降低； (3)当模面加工粗糙、精度低、光洁度差，以及刀纹、刻字、划痕、碰伤、腐蚀麻面等也易引起应力集中导致疲劳断裂。 预防措施： (1)严格选材，确保材质，控制Pb、As、Sn等低熔点杂质与S、P非金属杂质含量不超标； (2)投产前进行材质检查，不合格原材料不投产； (3)选用具有纯洁度高、杂质少、化学成分均匀、晶粒细、碳化物小、等向性能好，疲劳强度高等特点的电渣重熔精炼钢，对模具型面表面喷
35、丸强化和表面化学渗层改性强化处理，使金属表层为预压应力，抵消模具服役时产生的拉应力，提高模具型面疲劳强度； (4)提高模具型面加工精度和光洁度； (5)改善化学渗层和硬化层组织性能； (6)采用微机控制化学渗层厚度、浓度和硬化层厚度。 10应力腐蚀裂纹 该裂纹常发生在使用过程中。金属模具因化学反应或电化学反应过程，引起从表至内组织结构损坏腐蚀作用而产生开裂，这就是应力腐蚀裂纹。模具钢因热处理后组织不同，抗蚀性能也不同。最耐蚀组织为奥氏体(A)，最易腐蚀组织为屈氏体(T)，依次为铁素体(F)马氏体(M)珠光体(P)索氏体(S)。因此，模具钢热处理不宜得到T组织。淬火钢虽经回火，但因回火不充分，淬火内应力或多或少依然存在，模具服役时在外力作用下也会产生新的应力，凡有应力存在于金属模具中就会有应力腐蚀裂纹发生。 预防措施： (1)模具钢淬火后应及时回火，充分回火，多次回火，以消除淬火内应力； (2)模具钢淬火后一般不宜在350-400回火，因T组织常在此温度出现，发生有T组织模具应重新处理，模具应进行防锈处理，提高抗蚀性能； (3)热作模具服役前进行低温预热，冷作模具服役一个阶段后进行一次低温回火消除应力，不仅能防止和避免应力腐蚀裂纹发生，还可大幅度提高模具使用寿命，一举两得，有显著技术经济效益。
