CrWMn模具沖頭表面裂紋的探究

袁子斐

摘 ?要：對(duì)CrWMn冷沖模具鋼表面裂紋進(jìn)行檢測(cè)，采用化學(xué)成分分析、宏觀及微觀金相檢測(cè)等方法，尋找表面裂紋形成主要原因。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，判斷主要原因是鍛造加熱不當(dāng)，最后本文對(duì)加工方法及生產(chǎn)注意事項(xiàng)提出相關(guān)的意見和建議。

關(guān)鍵詞：CrWMn冷沖鋼;表面裂紋;鍛造加熱

CrWMn是應(yīng)用最廣泛的工具鋼之一，強(qiáng)度較高，但是脆性較大。在制造加工過程中，比較容易出現(xiàn)表面裂紋，極大地影響工件的使用壽命和可靠性，因此，對(duì)CrWMn材料表面裂紋的控制研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，減少或者避免該種材料的表面裂紋，能夠較好的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，也有助于提升企業(yè)的安全生產(chǎn)和質(zhì)量控制水平。CrWMn材料常用于制造冷沖模具，其生產(chǎn)工藝是：鍛造成型→粗加工→球化熱處理→半精加工→淬火處理后精加工。生產(chǎn)單位在生產(chǎn)某批沖頭時(shí)，將Ф40㎜的圓鋼鍛打?yàn)?0㎜×12㎜的方形鍛件，在鍛打后，發(fā)現(xiàn)該批沖頭表面存在長(zhǎng)25～30㎜不等的數(shù)條縱向裂紋，裂紋較直，最深度約為1㎜左右。為此，我們將對(duì)該批鍛件表面出現(xiàn)裂紋的成因進(jìn)行分析探討。

1、試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：固定式直讀光譜儀，金相顯微鏡，金相鑲嵌機(jī)等。

試劑：3%硝酸酒精溶液，10%硝酸水溶液，試驗(yàn)用水為純凈水。

1.2 試驗(yàn)方法

化學(xué)成分分析：將樣品經(jīng)鋸床切割后打磨光滑平整，經(jīng)直讀光譜儀分析后取穩(wěn)定結(jié)果。直讀光譜儀使用前經(jīng)預(yù)熱及標(biāo)準(zhǔn)樣品校對(duì)。

樣品宏觀檢測(cè)：將樣品經(jīng)鋸床切割后（檢驗(yàn)面垂直于鋼材的延伸方向），加工成合適大小的試樣，然后經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光后用10%硝酸水溶液腐蝕，肉眼觀察其表面特征。

金相檢測(cè)：從樣品的裂紋處及樣品芯部取樣，經(jīng)鑲嵌機(jī)鑲嵌后粗磨、細(xì)磨、拋光，最后經(jīng)3%硝酸酒精溶液腐蝕后，用金相顯微鏡觀察其組織并截取相關(guān)圖片。其中晶粒度檢測(cè)放大倍數(shù)為100倍，裂紋形貌及組織結(jié)構(gòu)檢測(cè)放大倍數(shù)為500倍。

2、試驗(yàn)結(jié)果

2.1 化學(xué)分析（%）：

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2.2 對(duì)原始的材料和成型鍛件進(jìn)行宏觀檢測(cè)：

2.2.1 Ф40圓鋼：一般疏松1級(jí);未發(fā)現(xiàn)錠形偏析及皮下氣泡。

2.2.2 30×12成型鍛件：一般疏松1級(jí);中心疏松1級(jí);表面發(fā)現(xiàn)25×30㎜不等的數(shù)條平行裂紋，裂紋較直，深度約為1㎜。

2.3 金相檢測(cè)：

金相試樣是在30×12方形鍛件上裂紋處取樣，其檢測(cè)結(jié)果為：

非金屬夾雜物級(jí)別：1.5級(jí);晶粒度級(jí)別：試樣心部 ?8級(jí)（見圖1）

裂紋邊緣 ?4級(jí)（見圖2）。

基體組織：試樣心部，均勻分布的片狀珠光體及粒狀珠光體（見圖3）;

裂紋邊緣，均勻分布的片狀珠光體及少量粒狀珠光體（見圖4）;裂紋形貌（參見圖2），裂紋兩側(cè)有明顯的脫碳層（見圖2、5），晶粒比心部粗。

3、分析探討

3.1 結(jié)果分析

綜合以上的檢測(cè)分析，可以看出鍛件原始材料的化學(xué)成分、宏觀低倍等符合《GB/T1299-2014》標(biāo)準(zhǔn)，表面裂紋的出現(xiàn)應(yīng)與原始材料無關(guān)。從金相微觀檢測(cè)中也可看出，鍛件沖頭的心部組織為片狀珠光體+粒狀珠光體，珠光體級(jí)別為六級(jí)，心部晶粒度為八級(jí)，而表面裂紋的兩側(cè)有明顯脫碳，晶粒度為四級(jí)，這說明在鍛造加熱過程中，存在高溫加熱及保溫時(shí)間過長(zhǎng)，出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，并伴隨原始組織晶粒的長(zhǎng)大（由八級(jí)長(zhǎng)大為四級(jí)），既表面的組織由細(xì)晶粒變?yōu)榇志Я！?/p>

綜合以上所述，我認(rèn)為該批CrWMn鋼鍛件表面出現(xiàn)裂紋是由于鍛造加入過程中加熱時(shí)間過長(zhǎng)、溫度過高而引發(fā)表面脫碳，導(dǎo)致表面脫碳部分的強(qiáng)度或者硬度對(duì)比正常部分有所降低。同時(shí)在溫度的影響下，細(xì)晶粒長(zhǎng)大為粗晶粒，晶界的數(shù)量變少，位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)的阻力降低，使材料的塑形變形抗力降低。φ40的圓鋼鍛打成30×12的矩型方鋼時(shí)，表面所受的張力較大，同時(shí)材料表面的組織在溫度影響下出現(xiàn)脫碳并伴隨晶粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致材料本身強(qiáng)度和硬度降低，在表面鍛打時(shí)就更容易出現(xiàn)裂紋。因此建議適當(dāng)降低鍛造溫度，嚴(yán)格控制保溫時(shí)間，適當(dāng)降低鍛打的變形程度，并適當(dāng)增大鍛造坯件的幾何尺寸，在出現(xiàn)鍛造表面微小裂紋時(shí)，可以有足夠加工余量，將裂紋加工除去。

3.2 意見和建議

綜合此次檢測(cè)的結(jié)果及以往累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于預(yù)防此種裂紋的再次出現(xiàn)，給出以下建議：第一，嚴(yán)把進(jìn)場(chǎng)材料管，對(duì)于原材料著重進(jìn)行化學(xué)成分和金相組織檢驗(yàn)，不合格原材料和粗晶粒鋼不宜作模具材料。第二，原料用于加工前應(yīng)復(fù)查原材料脫碳層深度，冷切削加工余量應(yīng)適當(dāng)大于脫碳層。第三，制訂規(guī)范的熱處理工藝，精確控制現(xiàn)場(chǎng)熱處理溫度，并對(duì)測(cè)溫儀器定期校驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?《金相分析技術(shù)》上海市機(jī)械制造工藝研究所主編

[2] ?《機(jī)械工程材料測(cè)試手冊(cè)》物理金相卷

[3] ?《大型鑄鍛件缺陷分析圖譜》機(jī)械工業(yè)出版社