5CrMnMo钢大型热锻模淬火开裂失效分析

rockston

　5CrMnMo热作模具钢,其名义成分(质量分数,%)为:0.5～0.6C,1.2Mn,≤0.35Si,0.5～0.8Cr,0.15～0.2Mo,由于成本较低,性能适中,是目前国内广泛应用的热作模具钢,已有的一些研究主要集中在如何提高模具的使用寿命方面[1～3],对模具的淬火开裂报导相对较少,然而,后者是实际生产中常见的一个问题,一旦发生,模具就会报废。本文对一例典型的5CrMnMo钢热作模具淬火开裂现象进行了研究。

1　现场调查

　　5CrMnMo钢大型锻模为长方实心体,尺寸为1090mm×510mm×310mm。热处理工艺为:860℃加热,保温7h,然后用热油淬火,540℃加热回火,保温12h。加热设备为箱式电阻炉,发热元件在电炉的侧壁及底部,测温热电偶安装在炉子的上部(中间部位),按淬火加热的记录曲线,锻件自入炉后实际加热总时间为14h以上。锻模工作面朝下放在一铁制的搁板上,为防止脱碳,搁板上铺一层碎碳块和铸铁末,同时在锻模上部盖着碎碳块及粘土,以防止加热时表面脱碳或氧化。出炉后将表面铺盖的黄泥及碳块等清理后,立即浸入热油中淬火,油温一般为60℃左右。模块整体浸入油池中停留30min,将锻模整体提出油面空冷,利用余热对锻模燕尾部分进行回火处理,时间为50min左右,将锻模工作面仍浸在油中冷却,直至其降到油温。然后放在冷铁板上冷却,冷至室温,在箱式电阻炉中回火,回火后,空冷至室温。热处理后变形较大,中部凸肚现象很严重,锻模表面存在肉眼可见的淬火裂纹。裂纹深度达30mm以上,导致锻模报废。

2　材料的检验

2.1　合金成分检验

　　对裂纹多处进行光谱分析,材料的化学成分与5CrMnMo钢的技术标准基本一致。

2.2　金相组织观察

　　图1为锻模淬火裂纹处的金相组织,右侧为表面金相组织,片状马氏体十分粗大;左侧为距表面27mm的内部金相组织,片状马氏体相对较细。图2为扫描电子显微镜下观察到的5CrMnMo钢淬火裂纹附近区域的显微组织,为粗大的片状回火马氏体和粗大的板条回火马氏体混合组织。其中夹杂物的形状接近圆形,直径2～5μm,主要是铁的氧化物,其中富集Cr、Si、Mn等;还有氧化铝夹杂物,其中富集Mg、Si、S、Ca、Mn、Fe。粗大的片状马氏体说明钢材表面加热温度偏高,且淬火冷却速度太快。同时淬火后,回火温度过低,使片状马氏体形态得以完全保留。

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