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1、3r28钢热锻模具淬火开裂原因分析某厂选用某厂选用3r28钢制造热锻模具用于锻造钢制造热锻模具用于锻造25钢的齿状零钢的齿状零件件,模具加工成型后外部尺寸为模具加工成型后外部尺寸为500250115,模具质量模具质量为为110。在同一模具上开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现。在同一模具上开出预锻和终锻两个型腔，加工时发现模具毛坯锻件模具毛坯锻件硬度偏高硬度偏高,采用采用150型洛氏硬度计测试硬度为型洛氏硬度计测试硬度为30。为便于加工。为便于加工,该厂将模具该厂将模具进行了一次降低硬度退火进行了一次降低硬度退火,但温度和但温度和时间已无纪录。加工后的模具由本厂进行热处理时间已无纪录。加工后的模
2、具由本厂进行热处理,淬火加热炉采用箱淬火加热炉采用箱式电阻炉。为防止氧化式电阻炉。为防止氧化,在模具周围填充旧渗碳剂加以保护。模具淬在模具周围填充旧渗碳剂加以保护。模具淬火时先采用火时先采用500、850两次预热两次预热,后经后经10504保温保温,冷却介质冷却介质选用选用15号机油。号机油。淬火过程中听到模具开裂声音淬火过程中听到模具开裂声音,随即停止冷却随即停止冷却,并并放在放在630回火炉中回火回火炉中回火,回火时裂纹继续扩展使模具成为多个碎块。回火时裂纹继续扩展使模具成为多个碎块。由于发现模具开裂由于发现模具开裂,中止继续回火。中止继续回火。1、背景 2 1原材料化学成分原材料化学成分
3、 分析在模具上取样分析在模具上取样,测定模具的化学成分测定模具的化学成分 (质量分数质量分数,%),%)如下如下:0 30:0 30,8 2,8 2,2 5,2 5,0 35,0 35,0 32,0 32,0 30,0 30,0 032,0 032,0 028,0 028。与。与129912992000(2000(合金工具钢合金工具钢)相比相比,符合标准符合标准。2检验内容及结果检验内容及结果 2 2硬度测定硬度测定 用用150150洛氏硬度试验机测定洛氏硬度试验机测定毛坯锻件毛坯锻件的表面硬度的表面硬度为为28283030,模具回火后的表层硬度为模具回火后的表层硬度为40404141,心部硬
4、度为心部硬度为47474848，心部硬度偏高。心部硬度偏高。2 3断口形貌断口形貌(1)宏观检查宏观检查模具横向多处断裂，裂纹特征有直裂纹、弯折裂纹和圆弧裂纹。模具横向多处断裂，裂纹特征有直裂纹、弯折裂纹和圆弧裂纹。在模具碎块的横断面在模具碎块的横断面表层可观察到有约表层可观察到有约3030细瓷状断口，细瓷状断口，见见图图2 2。断口内部有。断口内部有山脊状扩展形貌，放射线中心朝向模具心部，表明山脊状扩展形貌，放射线中心朝向模具心部，表明裂纹源形成于模具心部裂纹源形成于模具心部。心部为粗晶状断口，有十分明显的金属光泽。心部为粗晶状断口，有十分明显的金属光泽。上述特征可以判定该模具的开裂是由心部
5、脆性解理断裂引发的上述特征可以判定该模具的开裂是由心部脆性解理断裂引发的。(2)断口微观检查断口微观检查 用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察，用扫措电镜对细瓷状断口、粗晶状断口进行观察，结果见图结果见图3 3、4 4。从从粗晶状断口扫描电镜照片可以看到，断口中有明粗晶状断口扫描电镜照片可以看到，断口中有明显的解理台阶，属穿晶解理断裂特征显的解理台阶，属穿晶解理断裂特征。2.4显微组织分析显微组织分析 在在模模具具开开裂裂处处,对对粗粗晶晶状状断断口口、细细瓷瓷状状断断口口截截取取试试样样,样样品品制制备备后后,用用4%4%硝硝酸酸酒酒精精溶溶液液短短时时轻轻微微腐腐蚀蚀,然然后后在在金
6、金相相显显微微镜镜下下观观察察。尽尽管管照照片片中中组组织织不不太太清清晰晰,可可以以观观察察到到淬淬火火前前奥奥氏氏体体晶晶粒粒分分布布情情况况。细细瓷瓷状状断断口口用用奥奥氏氏体体晶晶粒粒度度评评级级标标准准评评定定晶晶粒粒度度等等级级为为6 6级级,粗粗晶晶状状断断口口处处的的晶晶粒粒和和组组织织粗粗大大,晶晶粒粒度度等级为等级为1 1级。级。观观察察还还发发现现碳碳化化物物呈呈严严重重的的带带状状分分布布,见见图图8 8。在在细细瓷瓷状状与与粗粗晶晶状状断断口口的衔接处存在大小晶粒不匀的现象。的衔接处存在大小晶粒不匀的现象。3讨论讨论3r28钢钢属属于于过过共共析析钢钢,正正常常淬淬火
7、火组组织织应应为为较较细细的的马马氏氏体体、残残留留奥奥氏氏体体和和少少量量的的粒粒状状碳碳化化物物。若若淬淬火火温温度度过过高高,则则得得到到粗粗大大马马氏氏体体。图图4所所示示模模具具断断口口心心部部呈呈粗粗晶晶状状断断口口形形貌貌,有有脆脆性性解解理理断断裂裂特特征。征。图图6的金相组织表明的金相组织表明,奥氏体晶粒粗大奥氏体晶粒粗大,马氏体粗大马氏体粗大,属于明显的过热属于明显的过热现象。但模具表层细瓷状断口现象。但模具表层细瓷状断口(图图2、3)和细小晶粒和细小晶粒(图图5),属于正常属于正常的淬火组织。的淬火组织。分析认为分析认为:厂方在加工模具时厂方在加工模具时,发现锻件的硬度偏
8、高发现锻件的硬度偏高,曾经进行一次降低硬度退火曾经进行一次降低硬度退火,但退火保温时间不够但退火保温时间不够,仅使表层重结晶仅使表层重结晶细化细化,因此出现了表层的细晶粒和细瓷状断口。因此出现了表层的细晶粒和细瓷状断口。由于退火过程中模具心部未热透，原心部粗大过热组织由于退火过程中模具心部未热透，原心部粗大过热组织未得到细化，淬火加热出现组织遗传现象，形成粗大奥氏未得到细化，淬火加热出现组织遗传现象，形成粗大奥氏体晶粒，冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组织应力体晶粒，冷却时产生粗大马氏体。在模具心部受组织应力和热应力的双重作用，形成裂纹源，裂纹扩展导致表面开和热应力的双重作用，形成裂纹源，裂
9、纹扩展导致表面开裂。模具横截面出现较多的横向裂纹、弯折裂纹和弧状裂裂。模具横截面出现较多的横向裂纹、弯折裂纹和弧状裂状，这主要与锻造质量有关。碳化物带状分布说明锻造不状，这主要与锻造质量有关。碳化物带状分布说明锻造不充分，是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因，由宏观形充分，是造成弯折裂纹和弧状裂纹的主要原因，由宏观形貌和金相组织特征可以推断，貌和金相组织特征可以推断，锻造起始温度高，造成组织锻造起始温度高，造成组织过热，提供锻件时未向用户说明，用户按正常温度淬火时过热，提供锻件时未向用户说明，用户按正常温度淬火时出现开裂事故。出现开裂事故。4结论结论 热热锻锻模模开开裂裂的的主主要要原原因因属属于于锻锻造造组组织织存存在在严严重重缺缺陷陷，即即粗粗大大的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒(锻锻造造过过热热组组织织)和和严严重重的的碳碳化化物物带带状状分分布布，模模具具淬淬火火前前未未经经充充分分退退火火细细化化晶晶粒粒，从从而造成正常温度淬火开裂。而造成正常温度淬火开裂。