模具零件材料开裂原因分析

优胜编程龚老师

模具零件材料开裂原因分析：



不论是机械零配件还是模具的选材，首先考虑的第一条件是力学性能及物理性能，如韧性、强度、耐磨性，在满足前面的条件下依序考虑光洁度、尺寸稳定性、焊接性能、耐磨性等要求，最后再考虑防锈性能，因为前者是先天性无法改变的基础条件，后者是可以通过工艺而满足，即钢材强度和韧性无法后期提升或补救，后者如防锈性可以进行优化。

为了满足使用寿命，越来越多的模具制造偏向于硬模，即模具开粗后进行淬火加硬模芯，再进行精加工，往往开裂因此而发生，本文排除设计因素外从钢材和热处理、加工方面进行探讨分享：

一、热处理原因排除
①硬度不均匀，工件硬度偏差大不但抛光效果不良，应力大
②回火不足，造成残留应力大，在后续加工或生产环境的应力叠加，应力大于钢材的抗疲劳强度
③淬火后回火不及时或回火保温时间不足、过烧，造成工艺缺陷，加热或冷却过快、淬火冷却介质选择不当、冷却温度过低、冷却时间过长等
④预硬钢淬火前未进行退火
⑤硬度过高，注意硬度和韧性是矛盾体，寻找合理的平衡区
⑥淬火时，过热，造成晶粒粗，脱碳严重，马氏体粗大，断口粗晶，韧性、塑性低

二、钢材原因
①选材不当，是否完全了解钢材种类的特性符合使用要求，如复杂的型腔或者急冷急热生产环境对韧性要求高，而选用了含铬及含碳量高的钢种，本来钢材脆性大存在不足，再提高硬度更是下降了韧性风险更大，部分新型材料时效硬化钢虽然含碳量及含铬低，但是韧性差，应注意，慎重选用韧性高有保证的材料
②钢材冶炼质量未达到要求，如纯净度低、白点、偏析等冶炼缺陷，
③轧制、锻造缺陷，如疏松、碳化物集中形成块状、带状、网状等
④性能差，达不到标准，晶粒粗大、原始组织存在严重碳化物偏析。
⑤钢材内部裂纹或气孔，应100%探伤避免
⑥钢材出厂时残留应力大，在加工及生产的应力叠加超出钢材疲劳强度

三、加工因素
①大量放电加工产生较多的应力，应该采取去应力回火
②放电加工产生白亮层、脱碳等，应该清除，避免诱导开裂
③切削/磨削过热，表面温度高产生表面淬火，从而产生裂纹
④完全清除钢材表面脱碳层，脱碳层带有微裂纹，起到诱导开裂风险
⑤返修或翻新模具时需进行预热、退火或高温回火。

合理选材和规范热处理工艺尤为重要，由于市场品质良莠不齐，不但要选好口碑好的钢材供应商，负责任及工艺保证的热处理厂家也是衡量重点，选材方面根据实际使用要求合理选材，较多的模具制造仍然在选材方面停留在考虑不锈钢方面来方便模具保养，但必然牺牲了韧性，需要慎重考虑钢材的特性，在硬模如生产工程塑料或产能大的考虑选择高硬度的预硬钢或表面处理既可以保证钢材的基体韧性又能提高表面硬度和防锈性能，国外已经拥有丰富的选材经验是更多的选用预硬钢，由于国外预硬钢的热处理技术比较成熟，既可缩短制模周期和二次加工成本，更重要的是避免热处理风险，如世界领先的高强度钢制造商瑞典SSAB钢铁集团在早十年前就已经推出TOOLOX拓达钢，此钢种出厂就可以提供被瑞典皇家工学院堪称为高硬度与高韧性完美结合的钢材，在高达45-48HRC的硬度下具有工模具钢领域同况下超高的韧性和尺寸稳定性，而且几乎没有残留应力，满足高光精密模具要求，对模具制造带来较大的效率和保障。在选材方面可以借鉴国外的经验来规避风险和提升品质，在市场竞争激烈和订单不饱和的前提下，更应通过提升产品质量、提高效率、降低维修率等方面考虑增值，钢材和热处理的成本不是最终影响竞争因素，但却是品质的关键因素！