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SKD11冷作模具裂紋原因分析

SKD11冷作模具熱處理后經(jīng)磨削加工入庫放置時(shí)檢查一側(cè)表面發(fā)現(xiàn)裂紋。通過直讀光譜儀、硬度計(jì)、金相顯微鏡、電子探針

分別對(duì)模具化學(xué)成分、硬度、夾雜物以及金相組織進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明：原始顯微組織不均勻、條帶狀成分偏析嚴(yán)重，晶粒粗

大、晶界寬化的過熱傾向以及殘留奧氏體多回火不足等因素，造成馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)淬火殘余應(yīng)力過大，在淬火過程中及后續(xù)的模具放

置應(yīng)力釋放過程中，內(nèi)應(yīng)力更終超過材料的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致SKD11冷作模具表面裂紋的加速形成及縱深擴(kuò)展。

 

SKD1 1(D2、Cr12Mol V1、Cr12MoV、Cr12)是較為常用的高碳高鉻冷作模具鋼，Cr12鋼含c量高，合金元素主要為cr，淬透性高、但脆性大、韌性較差，主要

用于不承受沖擊的模具和加工硬度不大的刃具。SKD1 1(D2、Cr12MolV1以及Cr12MoV)是在Cr12鋼基礎(chǔ)上改良而成，降低了含C量，加入了穩(wěn)定性細(xì)化

晶粒的合金元素Mo、V，其中Mo、V含量稍低的為Cr12MoV模具鋼。SKD1 1與D2、Cr12MolV等各元素含量基本接近，只是采用標(biāo)準(zhǔn)不同，牌號(hào)叫法不

一[1-2]， 由于Mo、V合金元素含量更高，淬透性、強(qiáng)韌性優(yōu)良、穩(wěn)定性好以及變形小等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用更為普遍，受到市場上青睞。SKD11、D2、Cr12MoV等Cr12

型鋼均屬高碳高合金鋼，鑄態(tài)下共晶碳化物呈網(wǎng)狀分布，需經(jīng)反復(fù)鐓拔加以改善，共晶碳化物的數(shù)量、形狀大小和分布情況均直接影響鋼的脆性和耐磨

性。嚴(yán)重的帶狀和網(wǎng)狀碳化物偏析和大塊狀(多角形)碳化物密集，都將使模具造成局部過熱和大的變形，而且在淬火或后續(xù)處理等使用過程中容易引起

開裂和崩裂 。碳化物級(jí)別和馬氏體級(jí)別綜合性能評(píng)價(jià)，一般不大于3級(jí)較佳，4～5級(jí)較差，其合格級(jí)別范圍可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)條件確定 J。

某企業(yè)SKD1 1冷作模具線割、磨削加工后入庫檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋異常，影響生產(chǎn)，為了找到裂紋原因，本文采用直讀光譜、硬度計(jì)、金相顯微鏡、電子探

針等測試方法對(duì)其成分、硬度、顯微組織及裂紋形貌進(jìn)行了觀察分析，力圖找出原因，為實(shí)際生產(chǎn)提供改進(jìn)措施。

 

裂紋形成原因分析

1、通過顯微組織的整體觀察分析，共晶碳化物不均勻度網(wǎng)狀評(píng)級(jí)為3~4級(jí)，屬于一般正常，但機(jī)體組織形成了粗大的條帶狀碳化物空白地帶，成分偏析嚴(yán)重，組織極不均勻，偏析區(qū)域熱膨脹系數(shù)不一樣，加熱冷卻體積脹大收縮不一致，在淬火過程中容易產(chǎn)生較大的組織拉應(yīng)力，超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)形成淬火裂紋起源；同時(shí)共晶合金碳化物扎堆聚集，合金成分的偏析會(huì)促進(jìn)該區(qū)域的相變溫度的變化，同等加熱溫度條件下，相變顯得過低或過高，產(chǎn)生局部過熱區(qū)域，淬火組織中局部殘留奧氏體較多，易發(fā)生回火不足現(xiàn)象，淬火應(yīng)力未能充分消除，同時(shí)過熱區(qū)域晶粒長粗，晶界發(fā)生弱化變寬易形成微細(xì)裂紋,SKD11冷作模具沿著晶界多處形成了內(nèi)生裂紋，淬火微細(xì)裂紋隨著后續(xù)切割磨削表面加工應(yīng)力疊加及釋放進(jìn)一步延滯擴(kuò)展，從而導(dǎo)致模具入庫檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)了表面深淺不一的裂紋。

2、其他原因

SKD11冷作模具化學(xué)成分C、Cr、Mo元素含量偏下限，形成的碳化物數(shù)量減少，同時(shí)合金元素偏低，也影響鋼的淬透性，減弱二次硬化效果，降低模具的極限強(qiáng)度和使用壽命。

模具材質(zhì)中夾雜物較多沿碳化物伴生分散分布，割裂組織的連續(xù)性，也易產(chǎn)生高溫回火脆性，促進(jìn)開裂傾向。

 

結(jié)論以及改進(jìn)措施

1、熱處理之前需進(jìn)行原材料的抽檢和質(zhì)量控制，及時(shí)調(diào)整熱處理工藝參數(shù)；必要時(shí)合理鍛打進(jìn)一步改善共晶碳化物的分布以及組織均勻性；嚴(yán)格控制切割磨削機(jī)加工工藝操作規(guī)范，冷卻方法得當(dāng)，減少裂紋進(jìn)一步形成發(fā)生。

 

 

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