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知識分享：5CrMnMo鋼是目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的熱作模具鋼。已有的一些研究主要集中在如何提高模具的使用壽命方面。對模具的淬火開裂報道相對較少。本文對一例5CrMnMo鋼熱作模具淬火開裂現(xiàn)象進(jìn)行了分析。
1.現(xiàn)場調(diào)查
5CrMnMo鋼大型鍛模為長方實心體，尺寸為1090mm×510mm×310mm。熱處理工藝為：860℃加熱，保溫7h，然后用熱油淬火，540℃加熱回火，保溫12h。加熱設(shè)備為箱式電阻爐。按淬火加熱的記錄曲線，鍛件自入爐后實際加熱總時間為14h以上。鍛模工作面朝下放在一鐵制的隔板上，為防止脫碳，隔板上鋪一層碎碳塊和鑄鐵末，同時在鍛模上部蓋著碎碳塊及黏土，以防止加熱時表面脫碳或氧化。
出爐后將表面鋪蓋的黃泥及碳塊等清理后，立即浸入熱油中淬火。油溫為60℃左右。模塊整體浸入油池中停留30min，將鍛模整體提出油面空冷。利用余熱對鍛模燕尾部分進(jìn)行回火處理，時間為50min。將鍛模工作面仍浸在油中冷卻，直至其降到油溫。然后放在冷鐵板上冷卻。冷至室溫，在箱式電阻爐中回火，回火后，空冷至室溫。熱處理后變形較大，表面存在肉眼可見的淬火裂紋，裂紋深度達(dá)30mm以上。鍛模報廢。
2.檢驗和分析
檢測結(jié)果顯示，鋼材化學(xué)成分在規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。雜質(zhì)元素P、S含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)分別為0.023%和0.021%。均小于允許的最大含量0.03%。鋼中夾雜物數(shù)量不多，尺寸很小，形狀近似圓形。
開裂原因主要是熱處理工藝不當(dāng)造成的。淬火加熱時未預(yù)熱。由于模具尺寸較大，5CrMnMo鋼導(dǎo)熱性相對較差。淬火加熱前未經(jīng)預(yù)熱直接裝入高溫加熱爐中，表層金屬很快熱膨脹，內(nèi)部傳熱慢，溫度較低，熱膨脹跟不上表面膨脹速度，在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，對5CrMnMo鋼大型鍛模淬火加熱前要預(yù)熱以減小熱應(yīng)力。
淬火加熱溫度過高，5CrMnMo鋼的正常淬火溫度為830~850℃，對大型熱鍛模，淬火溫度應(yīng)取下限，甚至820℃加熱即可。此鍛模淬火溫度為860℃，加熱保溫時間比正常加熱保溫時間幾乎多一倍，奧氏體晶粒長大，淬火時形成粗大的片狀馬氏體組織，誘發(fā)顯微淬火裂紋。特別是鍛模在爐中放置位置是工作面朝下，爐底有發(fā)熱元件，鍛模表面加熱的實際溫度更高。大型熱鍛模，傳熱較慢，加熱時間較長，若淬火溫度偏高，易產(chǎn)生淬火裂紋。
淬火冷卻前無預(yù)冷，此鍛模淬火用油冷，模塊工作面一直置于油中，淬火引起的殘余應(yīng)力很大，形成的粗大片狀馬氏體產(chǎn)生顯微淬火裂紋，是引起淬火裂紋的主要原因。為了減小淬火時產(chǎn)生的變形，鍛模應(yīng)先預(yù)冷到760~780℃，再油淬到200~300℃出油，出油后立即放入350~400℃爐中均熱，熱透后再升溫至回火溫度回火，這一步操作十分關(guān)鍵，否則極易淬裂。模具淬火后，應(yīng)立即回火，不能冷到室溫，更不能放在冷鐵上冷卻，以防開裂。
未及時回火，裂紋斷口表面的氧化色表明裂紋形成期在淬火之后，回火之前。即淬火應(yīng)力過大，引起開裂，開裂的位置恰好在冷卻最快的鍛模工作面，原因是淬火時浸油時間太長，出油溫度過低造成的。淬火后將鍛模工作面置于冷鐵上放置，且沒有及時回火。
3.改進(jìn)措施及效果
增加預(yù)熱工序，預(yù)熱溫度600~650℃，保溫時為3～4h;淬火加熱溫度調(diào)整為830℃，測溫?zé)犭娕急M量靠近鍛模的工作面。淬火加熱保溫時間調(diào)整為4～5h。
淬火前預(yù)冷至760℃時再油冷，嚴(yán)格控制出油溫度在200℃以上。另外鍛模淬火后應(yīng)放置在200℃以上的爐內(nèi)，禁止放在冷鐵或地面上。
淬火后應(yīng)立即高溫回火，在200℃以上出油、緩冷，減小鍛模中的熱應(yīng)力。
采取上述措施后，該鍛模熱處理再未發(fā)生淬火開裂現(xiàn)象，實際使用效果也較好。
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