模具钢生产过程中裂纹产生的原因与对策.pdf

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模具钢生产过程中裂纹产生的原因与对策

北京科技大学冶金与生态工程学院 文献综述 模具钢生产过程中裂纹产生的原因与 对策 姓 名 杨 岩 学 号 班 级 冶金E10 1 2013 年4 月 目录 摘要 3 一、 模具钢概述 3 二、 模具钢常见裂纹 3 三、 裂纹产生原因分析 6 四、 模具钢裂纹研究方法与思路 9 参考文献 12 摘要 模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种,而模具是机械制造、 无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。本文对近年来 国内企业以及学者对模具钢热处理过程中产生裂纹的研究成果进行梳理,以期更 准确的描述国内模具钢生产现状,并为下一步发展提出相应对策。 一、 模具钢概述 模具钢大致可分为(冷作模具钢)、(热作模具钢)和(塑料模具钢)3 类, 用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同,工作条件复杂,因此 对模具用钢,按其所制造模具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性,足 够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同,工作 条件复杂,因此对模具用钢的性能要求也不同。模具的质量直接影响着压力加工 工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理 的结构设计和加工精度外,主要受模具材料和热处理的影响。 在模具钢热处理中,淬火是常见工序。然而,因种种原因,有时难免会产生 淬火裂纹,致使前功尽弃,造成巨大经济损失。分析裂纹产生原因,进而采取相 应预防措施,具有显著的技术经济效益。 二、 模具钢常见裂纹 在目前的模具钢生产过程中,出现的裂纹种类如下所述: 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 、***、Bi 、Pb 、Sn、As 等低熔点有害杂质,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 3 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为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。 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.*** ,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。 3、弧状裂纹 常发生在模具棱角角、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,促进应力重新分布,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。 4 、剥离裂纹 模具服役时在应力作用下,淬火硬化层一块

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