常州精密钢管博客网

Cr12MoV钢模具开裂了与热处理没关系?

Cr12MoV钢属于高碳高铬型冷作模具钢,经热处理后具有较高的强度、硬度和耐磨性以及足够的韧性。采用二次硬化法热处理后具有回火硬化效果,是热硬性和耐磨性较好的冷作模具钢。由于材料中添加Mo、V等合金元素,因而具有耐磨、不变形、耐冲击等特性。与Cr12相比,Mo、V的加入,细化了奥氏体晶粒,改善了韧性,更加提高了钢的淬透性和在高温下的抗拉强度,降低了钢对回火脆性的敏感性,热处理模具具有尺寸稳定性好、淬透性好的特点。

Cr12MoV钢的退火规范:加热温度为850~870℃,在此温度停留保温,保温时间取决于工件的透烧时间,等温温度为720~750℃,随炉冷却到500℃出炉。淬火前先经650~680℃加热,保温1~1.5h在静止空气中冷却,以消除机加工应力。如采用一次硬化法,钢的热加工规范温度可采950~1050℃,淬火加热前经500~650℃和800~850℃两次预热,加热后在空气中进行适当预热。用热油(120~150℃)淬火,待冷至180~200℃时即出油空冷,随后立即进行回火。

如模具零件的厚度≥150mm,在油中淬硬更佳。回火温度150~180℃,在静止空气中冷却,回火2次,硬度≥60HRC。本文对模具失效件的化学成分、表面硬度及金相组织进行分析,进一步推断该模具在热处理后的精加工过程中,显微组织中出现沿晶裂纹的原因和形成机理。


1. 材料化学成分及性能特性
从该模具失效件上截取样块,采用ARL3460火花放电直读光谱仪进行化学成分检测。依据GB/T1299—2014《工模具钢》规定,对Cr12MoV钢的牌号及化学成分进行判定,模具的化学成分(见表1)符合标准规定的要求。

表1 模具失效件的化学成分(质量分数)  (%)

表1 模具失效件的化学成分(质量分数)  (%)

Cr12MoV钢具有以下性能特点:
(1)耐磨性非常高
这主要是有大量高硬度的铬和碳化物(Cr7C3)存在的缘故。
(2)淬透性很高
由于高铬含量的原因,使这类钢可以空冷硬化,Cr12MoV钢截面尺寸在300~400 mm油冷完全可以淬透。
(3)变形量微小
由于高硬度的碳化物热膨胀系数小,且淬火后有相当数量的残留奥氏体存在,因此淬火后变形最为微小,故有“微变形钢”之称。

(4)碳化物偏析严重
特别对于大截面坯料,碳化物偏析更为明显,因此钢材必须经过反复的锻造来消除和改善碳化物的不均匀性。
(5)合金元素含量高,导热性差

在制定加热和冷却工艺时必须严格注意。


2. Cr12MoV钢模具的热处理工艺
来样为Cr12MoV钢模具,规格为280mm×160mm×50mm(长×宽×厚),该模具的制造工艺流程为:Cr12MoV钢锻件→粗加工成形→热处理[550℃×80min→850℃×80min→940℃×40min→980℃×60min→120℃左右冷却13min(产品用红外线测温仪检测为180~200℃)]→立即回火,280℃×2.5h→空气冷透到室温→硬度检测→280℃×2.5h回火两次。热处理工艺曲线如图1所示,回火后的硬度为57HRC。

图1 Cr12MoV钢的热处理工艺曲线

图1 Cr12MoV钢的热处理工艺曲线


3. 硬度分析
硬度试验采用HR-150A型洛氏硬度计,对从模具上截取的试样进行表面硬度检测。检测结果如表2所示,符合技术要求。

表2  失效件样品表面硬度检测结果  (HRC)

表2  失效件样品表面硬度检测结果  (HRC)

4. 宏观分析
模具是经热处理后在精加工时出现裂纹,但模具的尖角及螺纹孔等应力较大的部位未发现裂纹,按此分析:如果热处理时存在问题,优先开裂的部位应在模具的尖角及螺纹孔等应力较大部位,所以初步确定材料组织存在问题,需进行进一步微观分析。


5. 金相分析和检验
取数块断口剖面试样,经磨抛并化学试剂(体积分数为4%的硝酸酒精溶液)浸蚀后在显微镜下观察发现,试样中共晶碳化物呈网状分布,按GB/T14979—1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准第四套标准评级图评定,试样中的共晶碳化物不均匀度评为5级(见图2)。

图2  试样中的共晶碳化物分布(100×)

图2  试样中的共晶碳化物分布(100×)


同时,结合国家标准GB/T1299—2014《工模具钢》第6.6.3.1条规定进行判定:当钢材直径或边长≤50mm时,共晶碳化物不均匀度合格级别不大于4级,该模具厚度50mm,试样中共晶碳化物不均匀度5级属于超标,不合格。
试样基体组织为细针状回火马氏体+共晶碳化物+少量残留奥氏体,如图3所示。断口剖面上方离断口剖面约0.45mm处存在一条长约1.85mm的裂纹,裂纹呈皱折状,其内充有氧化皮,周围有严重的碳化物偏析。裂纹沿着碳化物偏析带扩展,如图4a~e所示,图4f、图4g是偏析带裂纹进一步扩展的组织照片。

图3  试样中基体组织分布(500 ×)

图3  试样中基体组织分布(500 ×)


试样中裂纹及组织


试样中裂纹及组织

试样中裂纹及组织

试样中裂纹及组织

图4  试样中裂纹及组织


6. 模具开裂原因分析及热处理注意事项
模具的表面硬度和化学成分符合技术要求。模具在轧制和锻打过程中,如果锻造工艺选用不当或锻打不充分,即未经反复的锻造将碳化物打散、打碎,就会使碳化物粗大,呈网状和树枝状分布。网状碳化物的原始状态仍会保持在基体组织中,破坏整个基体的完整性,无形中把整个基体分割成许多小部分,使得组织的均匀性有了很大的差异(在网状及其边缘,碳和合金元素大量富集,而离网状稍远处,碳和合金元素贫乏),这样在热处理或机加工时,基体组织与网状碳化物之间产生巨大的应力差,从而使两者之间分离开来,随着组织应力进一步释放,进而向四周扩展,当应力不断加大到一定程度时,就容易导致整个模具开裂。
另外,模具材料在淬火时要控制入炉温度,多段预热,并在淬火后及时进行回火等,以减少和消除材料的组织应力,防止模具材料的变形和开裂。

7. 分析结论

从上述检验及分析可以看出,试样中共晶碳化物呈网状分布、共晶碳化物不均匀度5级属于超标,不合格;材料中碳化物偏析严重,局部区域碳化物堆积,其导热性和变形率与周围基体有很大差异,并且容易引起该部位组织过热,故在锻打时形成锻造裂纹,在其后的热处理过程中该裂纹进一步延伸扩展,最终导致该模具在热处理后的精(机)加工过程中产生开裂。

参考文献:略

作者:龙必查

单位:广东自生电力器材股份有限公司

来源:《金属加工(热加工)》杂志

图片加载中...
❤ 请关注 微信公众号: steeltuber.
 转载请保留链接: http://www.josen.net/Steel-Knowledge/Cr12MoV.html
精密钢管,无缝钢管,电机壳钢管,汽车用钢管,汽车管件生产厂家
(本平台"常州精密钢管博客网"的部分图文来自网络转载,转载目的在于传递更多技术信息。我们尊重原创,版权归原作者所有,若未能找到作者和出处望请谅解,敬请联系主编微信号:steel_tube,进行删除或付稿费,多谢!)

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

搜索本站钢铁技术
★↓在此搜索查找钢铁材料知识↓★↘

互联网 www.josen.net


«   2020年9月   »
123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930
钢铁钢管标准在线
精密钢管博客友链
钢材厂商推荐

常州精密钢管博客网主办单位:
常州仁成金属制品有限公司 是 专业的 精密钢管 生产厂家,汽车钢管,电机壳钢管 生产单位。


友情链接:

常州精密钢管博客网
(常州仁成金属钢管制品生产厂家博客网站)
www.josen.net©2006-2020
苏ICP备08003692号-1

关于本站[给本站留言提问]文章列表百度搜索本站模拟电脑访问



分享:

支付宝

微信

扫一扫,想赞多少就多少~

本站的留言评论功能已经停用,请关注微信公众号: steeltuber了解更多。