SLD鋼制模具開(kāi)裂分析及預(yù)防措施

王尊禮

（1.江蘇力博士機(jī)械有限公司，江蘇 淮安 223005；2.淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 ，江蘇 淮安 223005）

SLD模具鋼是日本日立模具鋼，對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)Cr12材料，它是一種高耐磨性能的通用冷作模具鋼，為高碳、高鉻型合金鋼，添加了鉬、釩元素，因此兼具耐磨、不變形、耐沖擊等特性。經(jīng)真空脫氣，二次精煉處理，鋼質(zhì)純凈，有良好的淬火性能，并且淬火變形量小。熱處理后有很高的硬度及耐磨性，并具有淬透性腔、尺寸穩(wěn)定好的特點(diǎn)。球化退火軟化處理，切削加工性能良好。一般用作沖壓、落料、剪切、冷擠、粉末壓制等模具。

1 材料的成分及裂紋宏觀分析

取開(kāi)裂的模具取小塊進(jìn)行光譜分析，化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SLD鋼制模具鋼的化學(xué)成分（%）

由此可見(jiàn)，開(kāi)裂的模具材料成分符合SLD鋼的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)范圍，對(duì)開(kāi)裂的模具裂紋進(jìn)行宏觀分析，如圖1、圖2。

圖1 宏觀裂紋形貌

圖2 開(kāi)裂的模具

圖1為開(kāi)裂的模具，圖2為裂紋的宏觀形貌，從裂紋的宏觀形貌來(lái)分析，裂紋屬于淬火時(shí)產(chǎn)生的裂紋。

2 模具的要求、流程及熱處理工藝

模具淬火后圖紙要求為59-62HRC。

模具的工藝流程：下料→粗加工→熱處理→精加工。

圖3為熱處理工藝，淬火：真空爐緩慢加熱至550℃，保溫120min，加熱至1020℃保溫210 min，在油中冷卻。

圖3 熱處理工藝曲線

回火：180℃保溫240 min后出爐空冷，進(jìn)行兩次回火。

3 裂紋原因分析及解決措施

3.1 硬度及金相組織分析

為了查明開(kāi)裂原因，我們從斷裂的工件上取下小部分，做成試塊，對(duì)試塊的硬度和金相組織進(jìn)行了分析。表2為硬度檢測(cè)結(jié)果。

表2 硬度測(cè)量值

從表中看出硬度是合格的，對(duì)斷裂的進(jìn)行金相分析，金相組織如圖4、圖5。

圖4 斷裂的模具金相組織100X

圖5 斷裂的模具金相組織 500X

圖4、圖5分別為100倍和500倍顯微鏡下的金相組織，金相組織為：馬氏體+碳化物+殘余奧氏體，可以看到原材料存在嚴(yán)重的帶狀碳化物。

3.2 開(kāi)裂原因分析及解決措施

經(jīng)過(guò)金相組織分析，模具中存在的嚴(yán)重帶狀碳化物導(dǎo)致淬火時(shí)模具開(kāi)裂。眾所周知,碳化物與基體熱膨脹系數(shù)不同,模具在淬火加熱和冷卻時(shí)都會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力形成的合力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),材料就要產(chǎn)生變形,當(dāng)合力超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度時(shí),材料就要發(fā)生開(kāi)裂。為了解決淬火批量斷裂的問(wèn)題，我們進(jìn)行了分析，提出了以下解決措施：在模具淬火之前增加道等溫退火工序，對(duì)淬火工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

4 熱處理工藝改進(jìn)及效果

4.1 熱處理工藝改進(jìn)

根據(jù)上述的原因分析，對(duì)熱處理工藝進(jìn)行了試驗(yàn)、改進(jìn)，圖6為改進(jìn)后的工藝曲線。

圖6 改進(jìn)后的熱處理工藝曲線

4.1.1 退火工藝

采用860℃保溫180min，隨爐降溫至730℃保溫300min，隨爐冷卻至500℃出爐空冷。

4.2.2 淬火工藝

真空爐隨爐加熱至560℃保溫120min，升溫至750℃保溫120min，升溫至1000℃保溫210min后在油中冷卻。

4.3.3 回火工藝

加熱至180℃保溫240min，出爐空冷，進(jìn)行兩次回火。

4.2 工藝改進(jìn)效果

對(duì)改進(jìn)后的工藝進(jìn)行多次小批試驗(yàn)，并且進(jìn)行了批量生產(chǎn)，目前未發(fā)現(xiàn)有模具斷裂的現(xiàn)象發(fā)生，且硬度符合圖紙要求，取其中一件切割分析金相組織，如圖7，金相組織合格。

圖7 改進(jìn)工藝后模具金相組織

5 結(jié)語(yǔ)

模具斷裂的原因主要是原材料存在嚴(yán)重的碳化物偏析以及淬火工藝參數(shù)選擇不當(dāng)造成的。采取了等溫退火工藝改善碳化物的偏析，采取了淬火工藝的改進(jìn)等措施解決了模具淬火開(kāi)裂，批量報(bào)廢的問(wèn)題。