預防淬火裂紋的方法-材料的合理選擇
淬火裂紋一旦發生,絕大多數情況下將造成零件的報廢,因而預防淬火裂紋的產生有著重要的經濟意義。
預防工作應該從產品設計抓起。設計者應正確的選擇材料、合理地進行結構設計、提出恰當熱處理技術要求。零件設計完成后,熱處理工藝人員要對圖樣進行工藝性審查。最后工藝人員要全面分析,妥善安排工藝路線。熱處理工藝人員要正確制定熱處理工藝,選擇加熱溫度、保溫時間、加熱介質、冷卻介質和冷卻方法,以及操作要點,現場施工技術員要進行工藝驗證,操作者要正確執行工藝,正確進行操作。
為了預防淬火裂紋的產生,設計者應依據產品的工作條件(受力的類型和大小,溫度的高低,周圍的介質等)、使用要求、零件的截面尺寸,正確地選擇材料,合理的提出熱熱處理技術要求,在結構設計上,盡量滿足熱處理工藝性要求。
模具鋼材選擇是一個復雜的課題。對于大批量重要零件的材料選擇,應由材料工程師和設計師聯合進行。
模具鋼材的選用主要從技術性和經濟性兩個方面進行分析。
所謂經濟性,一般是指從價值工程觀點出發,在滿足性能要求的前提下,應選擇價格便宜、工藝性好、不易淬裂的鋼種。當然,對于重要零件,從使用期和安全性出發,選用較貴的材料也是許可的。要經過綜合分析對比做出選擇。同時,還必須將材料費用、加工費用,以及管理費用結合起來,即總的制造費用是最低的。
技術性主要指零件的服役性能和工藝性能兩方面。屬于零件服役條件的要求,最基本的是零件受力狀態,以及所需要的力學性能:如拉伸抗力、疲勞抗力、耐磨抗力、沖擊抗力、耐蝕抗力等,也就是說,通過熱處理后可使零件滿足上述一項或幾項要求。此外為了加工和熱處理,材料應有較好的加工性,熱處理性能要好,易于淬火,變形小,淬裂傾向性小。
技術性和經濟性二者常常是矛盾的,必須綜合分析確定。
在工藝上一個重要因素就是盡量減小淬裂傾向。在滿足經濟性和技術性以后,就要考慮材料的淬裂傾向。從減小淬裂傾向出發,應注意以下問題。
碳是影響淬裂傾向的一個重要因素。碳含量提高,Ms點降低,淬裂傾向增大,在滿足基本性能如硬度、強度的條件下,盡量選用較低的碳含量。隨著含碳量的降低,鋼不產生裂紋的臨界直徑可以增大。當碳的質量分數低于0.3%以下時,在各種截面尺寸下均不易淬裂。
合金元素對淬裂傾向的影響主要體現在對淬透性、Ms點,晶粒度長大傾向、脫碳的影響上。
合金元素通過對淬透性的影響,從而影響到淬裂傾向。一般來說,這種影響有兩個方面。一方面,淬透性增加,淬裂性增加;另一方面,淬透性增加,www.syfukang.com可以選用冷卻能力弱的淬火介質和減少淬火變形的方法(如等溫淬火、分級淬火等)來防止復雜零件的變形與開裂。例如用Cr12MoV,W18Cr4V、4Cr5W2Si等鋼采用油淬、硝鹽浴淬火以及空冷淬火等可以達到硬化。對于形狀復雜的工模具,為了避免淬火開裂,選擇淬透性較好的鋼,并用冷卻能力弱的淬火介質是一個較好的方案。
合金元素對Ms的影響較大,一般來說,Ms越低的鋼,淬火傾向越大。當Ms點高時,相變生成的馬氏體可能立刻被自回火,從而消除一部分相變應力,可以避免發生淬裂。當碩含確定以后,應該選用少量的合金元素,或者含對Ms點影響較小的元素的鋼種。
選擇模具鋼材時,還應考慮過熱敏感性。過熱敏感的鋼,容易產生裂紋。所以選擇材料應該引起重視。采用鋁鐵合金脫氫,或鋼中含有釩、鈦、鈮等元素的鋼其過熱傾向較小。
脫碳不僅使零件力學性能如硬度、強度、耐磨性和疲勞強度下降,而且脫碳層中殘存較大的拉應力,導致淬火裂紋或磨削裂紋。鋼材的脫碳敏感性與化學成分有關。鋼中碳含量增高,特別是硅、硼、鋁等元素含量較高時,容易脫碳。
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