影響工模具鋼淬火裂紋形成的因素-工藝因素
工藝因素(主要是淬火加熱溫度保溫時間,冷卻方式等因素)對淬火裂紋傾向影響較大。
加熱因素影響工模具鋼淬火裂紋的形成
淬火加熱溫度升高,熱處理應力增大,淬火馬氏體組織粗化、脆化,斷裂強度降低,淬裂傾向增大。
就一般鋼而言,晶粒越細小,斷裂抗力越高,淬裂傾向越小,相反晶粒粗化,斷裂抗力下降,淬裂傾向增大。晶粒大小同淬火加熱溫度和淬火加熱保溫時間有直接關系。加熱溫度升高或保溫時間增長,均能使晶粒粗化,因而增加淬裂傾向。
高碳鋼提高淬火溫度,二次碳化物逐漸溶解,奧氏體中的含碳量和合金元素含量增加,增加了淬透性和淬硬性,降低了馬氏體轉變點,這些因此也增加了淬裂傾向。隨著淬火溫度的提高,淬裂率直線增加。
在實際生產中,對于淬火裂紋敏感性較大的零件,應正確選擇淬火溫度。從防止淬裂的觀點看,應盡量選用較低的淬火加熱溫度。
在熱處理生產中,因儀表控制不當,發生加熱溫度過高時,對一般鋼種而言,則不必立即淬火,可將工件從爐中取出放在爐外冷卻,當冷卻到沒有紅色時(約500~550℃),再重新加熱至正常溫度淬火。這是利用正火,通過相變調整晶粒度,消除過熱危害的簡捷辦法。
淬火開裂與選用的加熱爐型有一定的關系,一般說來,真空爐、電爐、鹽爐淬裂傾向性小;重油爐、柴油爐、天然氣爐、燃煤爐等火焰爐淬裂傾向性大。由于后者的火焰直接加熱工件溫度不均勻,且易過熱,容易氧化脫碳,這是淬裂率較高的主要原因。此外,在火焰爐中,因燃燒產物中含有大量氫氣,氫在高溫時,易滲入鋼中,助長了淬裂傾向。冷卻因素影響工模具鋼淬火裂紋的形成
淬火冷卻方式不同,內應力的大小、類型和分布不同,淬火鋼的組織形態不同,斷裂抗力不同,因此淬透傾向不同。
鋼件加熱至奧氏體狀態,在淬火冷卻過程中,一方面希望快速冷卻,使奧氏體不會發生珠光體轉變或貝氏體轉變,也就是快速冷卻,以躲過“C”曲線上的“鼻子”;另一方面希望奧氏體進入馬氏體區后慢速冷卻,產生馬氏體轉變,實現淬火。
由加熱溫度冷卻到馬氏體開始相變溫度的過程中,鋼的組織仍為奧氏體,奧氏體本身具有低屈服點、高塑性的特征,同時由于沒有發生組織的轉變,因而也不會有組織應力的產生,僅僅產生熱應力。所以,在這一階段,鋼件一般不會產生裂紋。
當鋼件冷卻到Ms點以下的溫度,即鋼發生馬氏體相變時,體積膨脹,產生第二類畸變、第二類應力及宏觀的組織應力和熱應力,因而易于產生淬火裂紋。東莞市弘超模具科技有限公司根據試驗研究表明,鋼在馬氏體轉變區內緩冷可以獲得碳濃度較低的馬氏體,從而減少馬氏體的正方度和組織應力,提高斷裂抗力。需要指出的是在Ms點以下緩慢冷卻會使馬氏體發生自回火,冷卻速度越慢,自回火的程度越大,馬氏體中的含碳量則越低。表1為高碳鋼淬火馬氏體中的含碳量。由表可見,在水、油和硝鹽中淬火冷卻后馬氏體中含碳量不同,慢冷卻時馬氏體中含碳量少,減低了組織應力。
表1 9SiCr、CrWMn和Cr鋼淬火冷卻條件與馬氏體含碳量的關系(注試樣尺寸為φ10~15mm圓棒形)
鋼號 淬火溫度/℃ 冷卻介質 硬度(HRC) 馬氏體中碳的質量分數(%)
9SiCr 875 20℃的水
30℃的油
170℃的硝鹽,空冷 64
63.5
63 0.75
0.65
0.58
CrWMn 840 20℃的水
30℃的油
170℃的硝鹽,空冷 63.5
63
62 0.82
0.55
0.43
Cr 850 20℃的水
30℃的油
170℃的硝鹽,空冷 64
63
63 0.70
0.50
0.30
另一方面,在馬氏體區間內緩慢冷卻,還能提高冷卻后鋼的破斷抗力,從而降低鋼件的淬裂.
由于在馬氏體轉變區間的緩慢冷卻,既能降低淬火應力,又能提高鋼的破斷抗力,因而馬氏體等溫淬火,分級淬火,水-油,水-空氣雙液淬火成為防止淬裂的常用工藝方法。更多信息
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