理论教育 模具热处理开裂原因分析

模具热处理开裂原因分析

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:模具材质差 模具的原材料缺陷往往是导致其开裂的主要原因之一。4)模具返修未经中间退火而再次加热淬火时,奥氏体晶粒极易显著长大,使组织粗大和内应力增加,开裂倾向加大。3)模具热处理后线切割、电火花加工工艺不当。模具热处理后进行电火花、线切割加工时,如果硬化层中存在高的拉应力和显微裂纹,则易产生开裂。

模具热处理开裂原因分析

造成模具开裂的原因主要有:设计结构不佳、材质差、锻造工艺不良、预备热处理不当、最终热处理不佳和机械加工不当等。

(1)模具设计结构不佳 如模具薄厚不均、形状复杂、带尖角和螺纹孔、无圆角过渡等,这些部位会使热处理后热应力及组织应力过大,容易造成模具开裂。

(2)模具材质差 模具的原材料缺陷往往是导致其开裂的主要原因之一。如果模具钢内部有严重的网状(或带状、链状)碳化物、发纹、皮下气泡、较严重的非金属夹杂物,则会使材料断裂强度降低,在模具热处理过程中容易产生开裂现象。

(3)锻造工艺不良 如锻造加热温度过高、锻造变形量小、终锻温度高、锻造后冷却速度缓慢等,这些不良的锻造工艺会使锻造组织不佳,且球化退火时难以消除。如果终锻温度过低,则容易产生内部裂纹。

如果重载模具中的最大拉应力与流线方向垂直,则模具很容易发生早期脆性劈裂失效,其特征为断口粗糙呈纤维状、无光泽,无明显疲劳源及扩展区。

(4)预备热处理不当 球化退火组织不均匀或球化不良,在加热温度偏高或保温时间过长时,容易引起奥氏体晶粒粗大,产生过热倾向,以致在淬火时容易产生开裂现象。

(5)最终热处理不佳

1)模具淬火加热温度过高,材料淬透性增大并造成过热或过烧,使淬火组织粗大,以致淬火冷却时内应力增大,并降低材料的破断抗力,加大模具开裂倾向。

应当指出,淬火温度过低,淬火后组织中有网状铁素体时,尽管铁素体组织有着较高的塑性,但因其强度很低,也会沿着铁素体网形成裂纹。残留铁素体数量越多,则这种不均匀结构的破断抗力越低,即使淬火时未出现裂纹,但在以后使用时也极易形成裂纹,如标准件模具中的60Si2Mn钢冲头等常在加热不足的条件下,内部存在网状残留铁素体,从而形成裂纹。

2)加热或冷却过快。淬火冷却介质选择不当、在马氏体转变区冷却过快、淬火冷却操作不当(如冷却时间过长)均加大内部热应力,在模具薄弱处易于引起裂纹。淬火软点及表面脱碳也往往会引起模具裂纹。(www.daowen.com)

3)模具淬火后回火不及时或回火不足。有许多淬火模具的开裂不是在淬火冷却之后立即出现,而是当模具从淬火冷却介质中取出一定时间后才显现出来的,即产生了时效裂纹。如果模具淬火后能够及时回火降低淬火应力,便可以有效地防止时效裂纹。回火升温过快也易增加淬裂的倾向。

有时回火不足是由于模具淬火后心部还未冷到室温(心部温度为80~100℃)就转入回火炉中回火,在回火完毕冷到室温后,心部将出现了淬火马氏体(其体积分数可达30%以上),使模具的外表层中产生拉应力,在这种情况下如果对模具施以水冷或磨削加工,则极易使模具出现开裂或变形。

4)模具返修未经中间退火而再次加热淬火时,奥氏体晶粒极易显著长大,使组织粗大和内应力增加,开裂倾向加大。

(6)机械加工不当

1)机械加工表面粗糙度值高,模具表面存在着的不同程度的加工刀痕,淬火冷却后可能会形成许多小的应力集中场;或模具表面有严重的脱碳层(脱碳的表面不能淬硬),这些都是引起淬火开裂的原因。

2)机械加工应力过大。模具(特别是高合金钢的复杂模具)在淬火加热时,机械加工应力有可能与加热速度过快产生的内应力发生叠加而导致开裂。

3)模具热处理后线切割、电火花加工工艺不当。模具热处理后进行电火花、线切割加工时,如果硬化层中存在高的拉应力和显微裂纹,则易产生开裂。

4)模具热处理后,进行磨削加工时,如果磨削工艺不当(如进给量大、冷却不良、砂轮粒度选择不当等),易产生磨削裂纹。

(7)残余应力过大 当模具中存在机械加工应力或冷塑变形应力时,如果淬火加热前未将其消除,则在模具的薄弱处容易诱发裂纹。

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