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熱作模具鋼cr12mov失效的影響因素

熱作模具鋼cr12mov失效的影響因素
熱作模具鋼cr12mov的失效問題是一個復雜的技術難題,可以從材料、設計、制造和使用4個方面來分析。
1.熱作模具鋼cr12mov的化學成分和冶金質量
熱作模具鋼cr12mov屬于過共析合金鋼類型,組織中存在較多的非金屬夾雜物、碳化物偏析、中心疏松及白點等缺陷,這在很大程度上降低了模具鋼的強度、韌性及熱疲勞抗力。cr12mov鋼根據質量一般被分為普通cr12mov鋼和優質cr12mov鋼。優質cr12mov鋼由于采用了較先進的生產工藝,鋼質純凈,組織均勻,偏析輕微,具有更高的韌性及熱疲勞性能。普通cr12mov鋼則必須進行改鍛,以擊碎大塊非金屬夾雜,消除碳化物偏析,細化碳化物,均勻組織。
2.模具設計
設計模具時,應根據成形零件的材料和幾何尺寸確定模塊的外形尺寸,以保證模具的強度。此外,過小的圓角半徑、壁厚差懸殊的扁寬薄壁截面及孔、槽位置不合適等,很容易在模具熱處理和使用過程中引起過大的應力集中而萌生裂紋。因此,在模具設計中要盡量避免尖角,孔、槽的位置應合理布置。
3.制造工藝
(1)鍛造工藝
cr12mov鋼中合金元素含量較多,鍛造時變形抗力較大,且材料的導熱性能較差,共晶溫度較低,稍不注意就會過燒。因此,加熱時應在800~900℃區間預熱,然后再加熱至始鍛溫度1065~1175℃。為擊碎大塊非金屬夾雜,消除碳化物偏析,細化碳化物,均勻組織,鍛造時要反復鐓粗拔長,總鍛比>4。在鍛造后的冷卻過程中,材料有產生淬火裂紋的傾向,易在心部產生橫向裂紋,因此cr12mov鋼鍛后應進行緩慢冷卻。
(2)切削加工
切削加工的表面粗糙度對模具熱疲勞性能有很大影響,模具型腔表面應獲得較低的粗糙度,不能留有刀痕、劃傷和毛刺。這些缺陷易引起應力集中,誘發熱疲勞裂紋萌生。因此,在加工模具時復雜部位圓角半徑過渡處要防止留有刀痕,孔、槽邊緣和根部的毛刺要打磨掉。
(3)磨削加工
磨削過程中,局部摩擦生熱容易引起燒傷和裂紋等缺陷,并在磨削表面生成殘余拉應力,從而導致模具過早失效。磨削熱引起的燒傷可以使cr12mov模具表面發生回火直至生成回火馬氏體,脆性未回火馬氏體層會大大降低模具的熱疲勞性能。如果磨削表面局部升溫達800℃以上,并且冷卻不充分時,則表層材料會被重新奧氏體化并淬火成馬氏體,因而模具表面層會產生很高的組織應力,同時磨削過程中模具表面溫升極快會引起熱應力,組織應力和熱應力疊加容易使模具產生磨削裂紋。
(4)電火花加工
該加工是現代模具制造過程中不可缺少的精加工手段?;鸹ǚ烹姇r,局部的瞬時溫度高達1000℃以上,使放電處的金屬熔化和氣化,在電火花加工表面有一被熔化而又重新凝固的金屬薄層,其中有許多顯微裂紋。在顯微鏡下這一薄層金屬呈白亮色,即白亮層。研究表明,對于高合金化的cr12mov鋼,電火花加工形成的表面白亮層的顯微組織為初生馬氏體、殘余奧氏體和共晶碳化物,未回火的初生馬氏體存在大量顯微裂紋。cr12mov鋼模具在工作中承受載荷時,這些顯微裂紋很容易發展為宏觀裂紋,導致模具易出現早期斷裂和磨損。cr12mov鋼模具經電火花加工后應重新回火,以消除內應力,但回火溫度不要超過電火花加工前的最高回火溫度。
(5)熱作模具鋼cr12mov的熱處理工藝
合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需要的力學性能,從而提高模具的使用壽命。但是如果因熱處理工藝設計或操作不當而產生熱處理缺陷,將嚴重危害模具的承載能力,引起早期失效,縮短工作壽命。熱處理缺陷有過熱、過燒、脫碳、開裂、淬硬層不均勻和硬度不足等。cr12mov鋼模具在服役一定時間后,當積累的內應力達到危險的限度時,應對模具進行去應力回火,否則模具在繼續服役時將會由于內應力而引起開裂。
4.模具的使用與維護
(1)模具的預熱
cr12mov鋼合金元素含量較高,導熱性能較差,因此模具在工作前應充分預熱。預熱溫度過高,模具在使用過程中溫度偏高,強度下降,易產生塑性變形,造成模具表面塌陷;預熱溫度過低,模具開始使用時,瞬間表面溫度變化大,熱應力大,易萌生裂紋。綜合考慮后cr12mov鋼模具的預熱溫度確定為250~300℃,這樣既可降低模具與鍛件的溫差以避免模具表面出現過大的熱應力,又能有效地減少模具表面的塑性變形。
(2)模具的冷卻與潤滑 
為減輕模具的熱負荷,避免模具溫度過高,通常在模具工作的間歇對其進行強制性冷卻,由此造成的模具周期性的激熱、激冷作用將會產生熱疲勞裂紋。因此,模具使用結束后應緩慢冷卻,否則將會出現熱應力,從而引起模具的開裂失效。cr12mov鋼模具工作時,可采用石墨含量為12%的水基石墨進行潤滑,降低成形力,保證金屬在型腔中的正常流動和鍛件的順利脫模;此外,石墨潤滑劑還具有散熱作用,可以降低cr12mov鋼模具的工作溫度。

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