5CrMnMo钢热锻模热处理裂纹分析及对策- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

圈 垫 丝翌 5 C r M n M o钢热锻模 热处理 裂纹分析及对策 江西长林机器制造有限公司 ( 新余3 3 8 0 2 9 ) 钟翔山 钟礼耀 5 C r M n M o钢是热锻模中的常用材料，我公司在生产 过程中，曾发现一套热锻模在热处理工序完全结束后有 一 模块模体严重开裂。为此，对其进行了仔细分析，提 出了有效的改进措施。 1 模块基本情况 模具材料为 5 C r M n M o钢，经锻造、退火、机加成 罔 1形状转入热处理。要求硬度：模面 d 2 93 1 ， 燕尾 3 1 3 3 。 国 陶1 热锻模基本形状 2 热处理执行工艺 根据热处理操作过程，整理出该模块热处理的执行 工艺如下 ： ( 1 )淬火加热井式渗碳炉 ( 8 4 08 5 0 ) X 3 h到 温装炉，适当滴煤油保护。 ( 2 )淬火冷却直接油冷，油冷至外表温度 1 8 0 2 0 0 C 时出油转移同火 ( 3 )回火硝盐炉4 2 0 X 2 5 h( 出油直接转移) 。 ( 4 )回火后冷却 嗣火后出炉空冷至硝盐发白再用 水洗干净。 3 裂纹形貌及产生时间 ( 1 )裂纹形貌观察裂纹发现后，对裂纹形貌进行 了仔细观察，发现裂纹有三条 ，其中两条在燕尾中间模 槽尖角处向圆柱中心方向发展，另一条在圆柱面上，裂 纹宽深、纵向贯通整个圆柱侧面。三条裂纹均为典型宏 观裂纹，裂面为灰白色，干净无污染，无氧化皮 、氧化 出 2 0 l 1 年 第3 期 熟处 锻 铸 造 www met a| Wo r ki ng 1 9 50 co m 参曷 加工 热 加 工 色等异物 ，也没有硝盐嵌入。由于仍要利用 ( 红套一个 外圈，抢锻一批急件) ，因此无法解剖裂口进行分析。 ( 2 )开裂时间推断 从裂面颜色及被污染程度判 断，裂纹应该是在硝盐炉回火出炉并冷却到硝盐发白凝 同之后形成的。 4 裂纹原因分析 裂纹发生在热处理工序全部结束之后比较少见。一 般认为是回火不足，内应力消除不够而引起 “ 置裂” 。 但就该模块而言，在 4 2 0 C硝盐炉中回火 2 5 h应该不 短，模块近 2 0 0 q C出油，温度较高，有自回火条件，模 块中内应力就不会很大。从回火过程中内应力变化与回 火时间的关系来看，在各回火温度下回火前期约半小时 内应力消除效果最好( 可达 6 0 以上 ) ，再延长时 间则 效果渐差 ( 如同火 l O h仅增至 8 0 ) ，故从消除应力来 考虑，2 5 h回火时间无论如何是足够的，残余应力不足 以致裂，开裂一定另有其他原因。 仔细分析模块热处理工艺发现：整个模块淬火冷 却、回火和回火后冷却全过程并不是称谓含义那样的全 部热处理工序 ，而仅是一个复合淬火冷却过程。除了油 冷过程中只形成了-d 部分马氏体并得以正常回火外， 大多数奥氏体在这种处理过程中先后转变成不同的转变 产物，并未得到充分回火或根本未得到回火，转变中的 应力也未得到消除。 为便于说明问题，在 5 C r Mn M o钢等温转变曲线图 上画出冷却曲线 ( 如图2所示) 。 从图中可清楚看出，模块入油淬火，当表面温度冷 至 1 5 0 2 0 0 C 时，表面只有很少一部分过冷奥氏体转变 成马氏体。5 C r M n M o钢 M 点为 2 1 0 C 左右，而 在室 温以下，模块心部视油冷时间长短，有可能冷到 点 形成一部分马氏体，更大可能是心部冷速慢而未冷到 8 0 0 7 0 0 6 0 0 、5 0 0 4 0 0 赠 3 0 0 2 0 0 1 O O O I l l 奥 氏t 化温度 8 5 0 C ( ， 二 兰 c t 一 、： ( j 专 程 玎 2 5 5 0 l ， 1 7 5 。 广 _ _ _ 、 ， A ： l 1 曼 -q 妄 g 量 、 l 昌l 暑j ( 工 ) 时间 r s 、 、 ( ) 罔2 5 C r M n M o 钢等温转变曲线 与热处理T艺 ( 示意)曲线 点，全部处于过冷奥氏体状态。此时如把模块取出转 入4 2 0 C 硝盐炉巾，说是同火只能是对油冷巾形成的那 部分马氏体而言，对整个模块来讲应该是马氏体分级后 的上贝氏体等温淬火。在 4 2 0 温度下过冷奥氏体分解 转变成脆性的上贝氏体。又据 5 C r Mn Mo等温转变曲线， 4 2 0 C 等温停留2 5 h只能有近4 0 的过冷奥氏体发生转 变，剩下的大部分过冷奥氏体在随后的出炉空冷过程中 发生连续冷却转变，得到上贝氏体、下贝氏体和马氏体 并残 留部 分奥氏体。当硝盐凝 固发 白 ( 仍有 1 3 0 1 5 0 C) ，即水洗硝盐 ，其实质又进行了水冷淬火。整个 冷却过程应该是马氏体分级一上贝氏体等温一空冷淬火 一 水冷淬火这样一个复杂的复合处理过程 ( 如图2曲线 I 所示 ) 。 较大量的过冷奥氏体在回火保温停留之后的空冷 、 水冷过程巾转变成马氏体，产生巨大的组织应力，而形 成的组织 ( 上贝氏体 、马氏体)又都很脆，塑性低，无 法松弛这些应力。当表面拉应力超过断裂强度而开裂便 不足为奇了： 如果油冷后不直接提到 4 2 0 去等温同火，而是先 在2 8 0 3 0 0 C左右等温停留，情况会有根本变化。首 先，在该区间转变的组织为下 贝氏体，强度高、韧性 好，避开了脆性上贝氏体的不利因素；其次，3 0 0 C左 右过冷奥氏体稳定性差 ，转变速度快，1 5 2 h的停留 时间绝大部分 ( 9 0 以上 )可转变完成。此后用适 当温 度川火即可完成全部热处理J： 序 ( 见 2曲线 ) 。 。 胱m J 垫丝里 5 正确热处理工艺的制定 从上面分析可，原处理昕执行的热处理T艺是有 错误的，直接导致模块的开裂报废。除油冷出油直接用 4 2 0 回火2 h外，还有不少问题欠考虑。 ( 1 )热锻模尺寸都较人，加热和冷却过程中预热预 冷措施很有必要考虑，尤其是冷却前的预冷措施对减少 应力和变形，避免裂纹很有利，一般预冷到7 8 08 0 0 C 为恰当。 ( 2 )零件尺寸大 ，热应 力和组织应力总是很可观 的，决不允许连续冷却到室温才出油，一般以 1 5 0 1 8 0 C为界，冷却时问是一个关键。工件外表面温度只 能作为参考，工件表面温度受工件尺寸大小影响较小， 而心部温度受尺寸大小影响很大且滞后表面温度很多， 如直径 2 0 0 ram、 4 1 0 ra m和7 0 0 m m的圆柱，从 8 5 0 C冷到 3 0 0 ，表面需要 1 3 mi n 、1 5 ra i n和 3 0 ra i n ，而心部需要 2 2 ra i n 、6 0 ra i n和 1 6 0 m i n 。为使心部冷至 1 5 01 8 0 而 表面温度又 致过低，可采用不同的冷却方案，如油 冷、油一 空一 油冷等，并根据经验提出油面观察校准 ( 3 )冷却完毕同火前，增加 2 8 0 3 0 0 保温停留， 促使组织转变，减少应力。 ( 4 )燕 尾在油冷过程 中提出油 而 回温至 6 0 0 C左右 又入油冷却 ，反复进行 3 4次。 ( 5 )回火采用空气炉而不用硝盐炉，加热速度较缓 慢 ，还可避免水洗硝盐，操作不当而隐藏事端j 6 应用效果 根据这些考虑，制订出合适的热处理工艺，如罔3 所永 赠 0 时间 h 图3 改进后的热处理T艺曲线 按改进后的热处理工艺曲线对补废的模块进行热处 理操作 ，其结果很令人满意 ，避免 了裂纹 ，模面部 位硬 度d ，I f)2 9 5 ，燕尾部位为 d 3 1 。Mw ( 2 0 1 0 1 2 1 8 ) 参磊 工 。 热 加 工 热 处 N 锻 肘铸 造2 0 1 7 年 第 3 期 ； WWW met a1 wo r ki ng 7 9 50 c om