SLD鋼制模具開裂分析及預防措施

王尊禮

（1.江蘇力博士機械有限公司，江蘇 淮安 223005；2.淮安市高級職業(yè)技術學校 ，江蘇 淮安 223005）

SLD模具鋼是日本日立模具鋼，對應國標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。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。

1 材料的成分及裂紋宏觀分析

取開裂的模具取小塊進行光譜分析，化學成分分析結果見表1。

表1 SLD鋼制模具鋼的化學成分（%）

由此可見，開裂的模具材料成分符合SLD鋼的化學成分標準范圍，對開裂的模具裂紋進行宏觀分析，如圖1、圖2。

圖1 宏觀裂紋形貌

圖2 開裂的模具

圖1為開裂的模具，圖2為裂紋的宏觀形貌，從裂紋的宏觀形貌來分析，裂紋屬于淬火時產(chǎn)生的裂紋。

2 模具的要求、流程及熱處理工藝

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，進行兩次回火。

3 裂紋原因分析及解決措施

3.1 硬度及金相組織分析

為了查明開裂原因，我們從斷裂的工件上取下小部分，做成試塊，對試塊的硬度和金相組織進行了分析。表2為硬度檢測結果。

表2 硬度測量值

從表中看出硬度是合格的，對斷裂的進行金相分析，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重的帶狀碳化物。

3.2 開裂原因分析及解決措施

經(jīng)過金相組織分析，模具中存在的嚴重帶狀碳化物導致淬火時模具開裂。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都會產(chǎn)生熱應力和組織應力。當熱應力和組織應力形成的合力超過材料的屈服強度時,材料就要產(chǎn)生變形,當合力超過材料的斷裂強度時,材料就要發(fā)生開裂。為了解決淬火批量斷裂的問題，我們進行了分析，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，對淬火工藝進行優(yōu)化改進。

4 熱處理工藝改進及效果

4.1 熱處理工藝改進

根據(jù)上述的原因分析，對熱處理工藝進行了試驗、改進，圖6為改進后的工藝曲線。

圖6 改進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，進行兩次回火。

4.2 工藝改進效果

對改進后的工藝進行多次小批試驗，并且進行了批量生產(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 改進工藝后模具金相組織

5 結語

模具斷裂的原因主要是原材料存在嚴重的碳化物偏析以及淬火工藝參數(shù)選擇不當造成的。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等措施解決了模具淬火開裂，批量報廢的問題。