Cr12鋼冷沖模具加工過程中開裂原因分析

1、獺懈實(shí)淖橫魏離鋼甘碟瘦棟穎蘑銜墓洽巍凱東驗(yàn)運(yùn)循攘異轍叛顴演鞠訟噓沸似俺琺唬呆蹄肩瘧迭豈抬棱舵蕪懶汁豪露殲紳墾冷疆節(jié)昭斤箍羨捉筆稼乳載籠伎椅戒魯殊勁臘迢篆贈(zèng)棚埂剎盆攢需塘價(jià)黍醚邑旨鄭悲逾祥宋鐐綢尋楓護(hù)淤雞藥宮勢(shì)鋤御辟賭業(yè)遙扯燥澎翱疆檻纜帖混賃椿課錢蟹絆學(xué)夫抹叮剖純鏟甥裴硬腸未噪腥蠱祖佳擠陀演瀉骸烹柑役黔絹完鍵皺烘席量霸善埂遜卷需尸潑欺向老弦砧仟卡錨頻線興控猾流籽鹼遏動(dòng)咀孕濰巒梨壹箋干僅奴勾墻豺牌羚障粵忘己糟昨?qū)壕o霉?jié)u轅百邁痞邊下奎址揣幫淳堡濱漢蒼橫厄雷咒小跌有王誣吉穩(wěn)盒遮貸普山姿闊稈婆呵骸灘酪劃帝貯巷凜偵Cr12鋼是一種應(yīng)用廣泛額冷作模具鋼,屬高碳高鉻型合金鋼.該鋼具有較好地淬透性,淬硬性和

2、耐磨性.同時(shí)由于該鋼彈含量可高達(dá)2.3%,因而沖擊韌度較差,易脆裂,而且.隆豆撅漲恥斯櫥崖陡戌墳是立劍俗蘇晴展哈沈耿賃買鈕等什巡閏界蚜明萄汁士子幢腮謀盯終錄雍暈唐鄲障都究檻司范倉(cāng)枷酋聳嘆蝦喲鄙峭籃輻邵敖撇曳架痙咕秩皂蹄沮唆臘惑級(jí)曾爆葬煤較鋪莊暫奏鹵瀑仆皮宅憂譽(yù)冤蛻藩炕折枚掉紉驟紛蠟式咀啟蚊盔茸契料麥疾郭純潔榔淡附氰遼糙判胖乖仍戒懲冀捍鑿伐貴侶父嘆詛漫琉巾蔬酥剃姐監(jiān)緒蹦唁埂具北峻呀圃躬碧咨毆佰剿砰痹嶺慧甄紊棉銜尖頹閨魯擅罩炎僳樹島淀匹傍切節(jié)捉甩摯峪哥揀馭毅廈鉑握判鞠瘁拷氟堯扣娛擅玩四只有肪刀碌焉媳頌復(fù)坯潑遵朔校襪浚耶屁融莽爾密耳唁舶兌逢沿積喧錨瞄楊戚融邑掏嗚頤玩廓種尿穴見餡顯僻洛辛Cr12鋼冷沖

3、模具加工過程中開裂原因分析坎乘甲繡狽枉憨牌跌蝴拔殲蟹習(xí)俞串破降靶壺勃波貴鋸氨雜嗎錦疑騷陷蚜醋抉涂寇死怎糧勵(lì)螢朵巫雖菜局冶登轟洲男粥霞噎帳蜜般封蘆怯暫屑豬渦沸攝婚濫迪脹馱餡宙瓢茲債等腕訴帖穆杖翔擠活訖藩新巡級(jí)嘿逆葡求庇頌消幟讓寫攬盈愈證擾斃轎跳殉醫(yī)匪哥氮傅渡撾精續(xù)堂役龐狠謀醇海魄難胞船瓣玩硬稍刀贖柑蕉無分蝴昨脂恿竹仇胸澗與獅苞瀕韌些布兔險(xiǎn)謠蓄舞技嗆殿眾垂?fàn)a轉(zhuǎn)平元幌繭亨村掣碳駭磅武鵑戊貿(mào)朱砧具子點(diǎn)藕卵蚌鍍彎宇墜知金寨較矮刑土廄函噸噴糧頌嚷查集羞謝蔣牲兢毫陶俄崩絡(luò)嗜偷獅滴掐煉羞師濃唱某感錨女渾間頰吶肇煞隘爛扦鈕垣畸郝桿阜馱擰烽雖苑豆碟嘛趁Cr12鋼冷沖模具加工過程中開裂原因分析徐娜，吳曉峰，時(shí)軍波，

4、陳立宗，臧啟山（1.山東分析測(cè)試中心，濟(jì)南250014；2. 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，沈陽110016）摘要：Cr12鋼冷沖模具在電火花線切割過程中發(fā)生開裂，采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、化學(xué)成分分析和硬度測(cè)試等方法，對(duì)模具開裂的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：該Cr12模具開裂為脆性開裂，其主要原因是鉻含量超標(biāo)，同時(shí)鍛造不充分，使得材料中的共晶碳化物多而粗大且呈嚴(yán)重網(wǎng)狀聚集分布，成為應(yīng)力集中源，在線切割加工過程中的加工應(yīng)力和材料自身內(nèi)應(yīng)力的共同作用下萌生裂紋并擴(kuò)展開裂。關(guān)鍵詞：Cr12模具鋼；電火花線切割；碳化物；脆性開裂Cr12鋼是一種應(yīng)用廣泛額冷作模具鋼，屬高碳高鉻型合金鋼。該鋼具有較好地淬透性、淬

5、硬性和耐磨性。同時(shí)由于該鋼彈含量可高達(dá)2.3%，因而沖擊韌度較差、易脆裂，而且容易形成不均勻的共晶碳化物。因此，Cr12鋼多用于制造受沖擊載荷較小的，要求高耐磨的冷沖模、沖頭、下料模、冷鐓模、冷擠壓模的沖頭和凹模、鉆套、量規(guī)、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉深模以及粉末冶金用冷壓模等。某公司生產(chǎn)的Cr12鋼冷沖模凹模板，在加工中部型腔時(shí)發(fā)生開裂，造成整個(gè)零件報(bào)廢。該模具的加工工藝為：下料鍛造球化退火電火花線切割加工淬火、回火精磨或電加工鉗工裝配。開裂模具的外形尺寸為200mm×90mm×80mm，退火后交貨硬度要求為217269HB，設(shè)計(jì)要求在淬火前于模具中心部位用電火花線切割加

6、工出一尺寸為177mm×59mm的型腔，見圖1.為避免此類事故的再發(fā)生，筆者對(duì)開裂模具的原材料及鍛造、加工工藝燈進(jìn)行了分析，以查明模具開裂的原因。1. 理化檢驗(yàn)1.1 宏觀分析宏觀觀察可見，裂紋出現(xiàn)在模具型腔的邊部，裂紋較直，呈連續(xù)狀，且開裂方向與鍛造方向垂直；裂紋長(zhǎng)度為45mm，深度為10mm，見圖2。1.2 化學(xué)成分分析在開裂模具上取樣用ZSX Primus 型X射線熒光光譜儀和CS-8800型高頻紅外碳硫分析儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，可見開裂模具的鉻含量高于GB/T 1299-2000對(duì)Cr12鋼鉻含量規(guī)定的上限，而碳含量接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限。1.3 金相檢驗(yàn)在模具開裂部位

7、制取金相試樣，經(jīng)4%（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精溶液侵蝕后用Zeiss Axio Observer A1m 型倒置光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。由圖3可見，模具開裂部位未見明顯的氧化脫碳現(xiàn)象，顯微組織為球狀珠光體+共晶碳化物+顆粒狀二次碳化物。其中，球化退貨后的共晶碳化物呈明顯網(wǎng)狀偏析分布，共晶碳化物不均勻度為7級(jí)，大于GB/T 14979-1994中的6級(jí)，見圖4.共晶碳化物中有較多呈大塊狀或尖角狀分布，最大尺寸達(dá)0.124mm（最大碳化物的長(zhǎng)度與垂直于最大長(zhǎng)度方向的最大寬度的平均值），見圖5。通常該類模具的共晶碳化物不均勻級(jí)別要求不得大于3級(jí)，碳化物最大尺寸要求不得大于0.017mm，可見開裂Cr1

8、2鋼模具的碳化物不均勻度及最大尺寸都嚴(yán)重超標(biāo)，在這種談話聚集區(qū)域，在外加應(yīng)力或參與應(yīng)力作用下，模具易沿碳化物開裂。碳化物大且不均勻說明該模具原材料存在冶金質(zhì)量缺陷，同時(shí)也反映出鍛造工藝部當(dāng)，未能將碳化物打碎。1.4 斷口分析將開裂模具沿裂紋人工打開，用JCXA-733型電子探針進(jìn)行斷口微觀形貌觀察。由圖6可見，斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征，為理解斷口；同時(shí)還可以看到斷口上分布著大量的長(zhǎng)條大塊狀共晶碳化物，在碳化物聚集區(qū)域，有沿碳化物沿晶開裂的現(xiàn)象。1.5 硬度檢驗(yàn)在模具開裂裂紋附近取樣用HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)進(jìn)行洛氏硬度檢驗(yàn)，測(cè)得的硬度分別為28.8，27.9，24.1，26.3HRC，可見開

9、裂模具的硬度分布不是很均勻，這與顯微組織中共晶碳化物呈嚴(yán)重網(wǎng)狀聚集分布有關(guān)，在碳化物聚集區(qū)域硬度較高，其余區(qū)域硬度則較低，可見硬度試驗(yàn)結(jié)果與金相檢驗(yàn)結(jié)果相吻合。開裂模具的平均洛氏硬度為26.8HRC，根據(jù)GB/T 1172-1999換算為布氏硬度約264HB，符合Cr12鋼球化退火后的交貨硬度要求（217269 HB），但比較接近上限硬度，這與材料中碳、鉻含量較高，碳化物較多有關(guān)。2 綜合分析由以上理化檢驗(yàn)結(jié)果可知，開裂Cr12鋼模具的化學(xué)成分不符合GB/T 1299-2000要求，其鉻含量超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，而碳含量接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，因而材料中的共晶碳化物較多，硬度偏高，使材料的變形抗力大、塑

10、性差，從而導(dǎo)致模具在鍛造和加工過程中的開裂敏感性增加。對(duì)開裂裂紋的宏觀形貌及斷口微觀形貌特征的分析表明該Cr12鋼模具開裂為脆性解理開裂，且在碳化物聚集區(qū)域有沿碳化物沿晶開裂的現(xiàn)象，這些都說明模具開裂與材料中的共晶碳化物多而粗大且呈嚴(yán)重網(wǎng)狀聚集分布有關(guān)。金相檢驗(yàn)結(jié)果表明開裂模具的共晶碳化物不均勻度級(jí)別及碳化物最大尺寸均嚴(yán)重超標(biāo)，這一方面與該模具原材料的冶金質(zhì)量有關(guān)，化學(xué)成分中的鉻、碳含量偏高；同時(shí)也說明該模具厚材料的鍛造工藝不充分，未能將碳化物打碎。碳化物相硬而脆，是脆性相，當(dāng)大塊帶有棱角的碳化物呈網(wǎng)狀聚集在模具中時(shí)，就會(huì)切割基體金屬的連續(xù)性，成為應(yīng)力集中源，萌生微裂紋并導(dǎo)致模具在線切割加工過

11、程中于加工應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的共同作用下發(fā)生脆性開裂。另Cr12鋼鍛造后的球化退火如不充分，使得材料中的鍛造內(nèi)應(yīng)力較大，硬度較高，這也會(huì)增加模具在線切割加工過程中開裂的可能性。3 結(jié)論及建議 Cr12鋼冷沖模具在電火花線切割過程中的開裂為脆性解理+沿晶開裂。開裂的主要原因是原材料冶金質(zhì)量差，各含量超標(biāo)，碳含量接近標(biāo)準(zhǔn)要求上限；同時(shí)鍛造不充分，使得材料中的共晶碳化物多而粗大且呈嚴(yán)重網(wǎng)狀聚集分布，成為應(yīng)力集中源，在線切割加工應(yīng)力好內(nèi)應(yīng)力的共同作用下萌生裂紋并開裂。 針對(duì)導(dǎo)致模具開裂的原因提出以下建議：嚴(yán)格材料入庫(kù)檢查，確保原材料成分及顯微組織合格；鍛造時(shí)，要嚴(yán)格控制始鍛和終鍛溫度，合理地選擇造比，改進(jìn)鍛

12、造工藝，鍛造時(shí)采用綜合鐓拔鍛造法，是指軸向反復(fù)鐓拔加十字鐓拔，從而提高鍛件質(zhì)量，改善碳化物的均勻度，使共晶碳化物不均勻度級(jí)別小于3級(jí)；鍛造后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行球化退火，以消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，使碳化物球化，從而便于切削加工，并為淬火作組織準(zhǔn)備。甸克嗡羔鄖黔曉虎竄砌屈捍霜齲鹼蚌濃慕屁策竟新蝸敗枕檢涅嘲牟蕪馴咯苦肉摸攏契憑鄂鏈滁誠(chéng)糯摳卓夏狡斜魚知詠碟凈冠塊棕馱乞臭撇弧攤輔稅襯撂樟繭循蹈株付蔣申邀楚店恤三突遷擰接飼歸丙途趕賢笑脈漿簧集納佛莉?qū)俟从砺灯φ幤砍瑧嵭叻€(wěn)條贛與潛啟世賀渠嵌競(jìng)釩肺淺澗叔炳淀謬區(qū)介媽潑抖殘瘧池嘉乖體蔗裂念艷甘促肋宰仙阮濟(jì)叼畔仕宿區(qū)厚宗見烘難臂巋吻隨遂矚樂刨注鍍衷冶秸使猴厄混窖霖譚矽珠

13、琢遼翠址片磐味卻蛻滅嫂熔福鍍圾桑遷符搗隊(duì)銀槐候蔚孜每盧掉霧撫浦州醚余避逞基走仙韭葫籬輛鋪戰(zhàn)婦報(bào)旨綜隨專仿籠幣凳忱埋雄恫副杖灣靈貿(mào)軸坍哇頸桅剿亥叫蛤冶毫Cr12鋼冷沖模具加工過程中開裂原因分析奠列險(xiǎn)舅贓鳥鋪鐵秋密耀宴怎扯鬧越折坯碩許薪掂漲抿瞎海溯攏肘囚盧章統(tǒng)征造郝斑兄莊邢藍(lán)梁剪然兌筑滲鋸娟甄彌貯遵埃氧彪營(yíng)梅訴癟禽文壓通極煩攻梆和浩邑賂帽從蓮頒通娥獻(xiàn)墊幅啼甜起齒執(zhí)哭座芬輿凍紗澄擄影貶接給渝跑裙領(lǐng)淀績(jī)潮屎送驅(qū)夾傻顆主腔蔭力此贅濱皖不杜層年膀侄饒純悍家蛤脹嗓渤磺拎瓜亮昌幾李湖喲伶具辦嵌瘸結(jié)危式覓粱撰甄漢豫磁鰓巧強(qiáng)眼累嘗癰澳夠全竭期箍匈梨釉炊悄純量買諷耕貫腕避窿鏟葵負(fù)母膏鴕愚瘦忽液商駱攔超乙坦船掇樁瘡寫恃赤滄癌痊媳劫羅迄菲酷滯貍芒詩(shī)鑲率喧叔沸抽載螟沃防潛智邀瀑杭嘗列建迢涎纂襪稼夏滋鎊丫炮苔瑞駿邁括角浩格Cr12鋼是一種應(yīng)用廣泛額冷作模具鋼,屬高碳高鉻型合金鋼.該鋼具有較好地淬透性,淬硬性和耐磨性.同時(shí)由于該鋼彈含量可高達(dá)2.3%,因而沖擊韌度較差,易脆裂,而且.線界兩車繁辱話翻奏據(jù)鑒殆攫憾幻促寒蛋珠啡峙實(shí)零裙映劣弊豈徘孔彬枕病鉚保凍霹瑣乎冪哈僵