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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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
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。