高合金冷作模具钢Cr12系列钢种的磨削裂纹产生原因和防止措施

简介：高合金冷作模具钢Cr12系列钢种制造的模具工件淬火回火工艺、磨削速度以及切削液选择等因素配合不当的情况下，模具工件会产生磨削裂纹，甚至发展成宏观裂纹。更多的高合金冷作模具钢Cr12系列钢种的磨削裂纹的产生是由于磨削工艺不当。磨削加工时，所用的砂轮太钝、粒度过细、硬度偏高、进给量太大、冷却不良等因素，是磨削裂纹产生的外在条件。改善磨削加工工艺，可以有效地防止磨削裂纹的产生。

高合金冷作模具钢Cr12系列钢种在弘超模具钢产品系列属高合金高耐磨冷作模具钢，包括：国产模具钢Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr12V、Cr12Mo、Cr12W；进口模具钢SKD1、SKD2、SKD11、D2、D3、D4、D6、1.2379、1.2436、1.2080等。高合金冷作模具钢Cr12系列钢种淬火后残留奥氏体较多，使钢的热导率(导热系数)进一步降低，由于磨削加工时砂轮的强烈摩擦，加工面上积蓄的热量不容易逸散，使金属产生弹性变形和塑性变形，当磨削停止后，工件表层受平行于磨削轨迹的拉应力作用，同时由于切削液的急冷作用，使金属表面产生残余拉应力。在上述温度的陡升陡降作用下，表层金属被高温回火，体积收缩。而最表层温度到达Ac1以上时，在磨削切削液急冷下，还会出现二次淬火层，使表面产生组织应力。高铬钢一般只在低温回火，工件淬火内应力未能得到彻底消除。由于材料中的共晶碳化物呈网状或带状堆集，块度大而且有锋利的尖角，容易形成应力集中区。在以上种种因素配合不当的情况下，工件会产生磨削裂纹，甚至发展成宏观裂纹。东莞弘超销售的Cr12系列的钢种包括：日本日立模具钢SLD、CRD、日本大同模具钢DC1、DC2、DC3、DC5、DC8、DC11、瑞典一胜百模具钢XW-42、XW-5、瑞典乌德霍姆工具钢SVERKER-21、SVERKER-3、德国葛利兹模具钢W.1.2080、W.1.2085、W.1.2379、意大利鲁奇尼模具钢KEYLOS2379等。
出现磨削裂纹的磨削面上一般都有氧化色，从焦黄到蓝色，但也可能被磨削加工操作者最后轻轻磨掉。磨削裂纹有时呈网络状，有时呈辐射状或平行条纹。裂纹一般开口较细，深度较浅，约为0.1~0.5mm，肉眼一般不易发现。但也有开口较大，深度在1mm以上的磨削裂纹，甚至有时呈片状剥落，一般只在工件内应力特别高时才出现。上面题图所示是电机转子硅钢片冲模，尺寸为φ240mm×16mm，材料为Cr12钢，热处理工艺为990℃加热奥氏体化，200℃硝盐分级5min，油冷，没有回火。操作人员认为分级冷却可以代替回火，致使淬火组织没有得到回火，工件淬火内应力未得到任何松弛，磨削时在整个磨削加工面上出现细密的网纹。这类磨削裂纹的产生原因主要是因为热处理工艺不当。
更多的高合金冷作模具钢Cr12系列钢种的磨削裂纹的产生是由于磨削工艺不当。此时，将磨削面轻抛后浸蚀，可以看到黑白相间的条带。下图所示是国产模具钢Cr12制硅钢片冲模的磨削裂纹和二次淬火烧伤区的组织分布图。

下图所示是Cr12钢硅钢片冲模表面另一视场的二次淬火烧伤区和回火烧伤区的放大图。

白条带是二次淬火烧伤带，该区瞬息积累的磨削热已使该地区金属温度升高到Ac1以上，然后在切削液急冷下被二次淬火；黑色地区是回火烧伤带，该地区磨削时的瞬时温升低于Ac1，使原淬火低温回火的组织被高温回火。磨削裂纹垂直于砂轮前进方向。组织分布图中的白色条带比放大图中的宽10余倍，说明该处模具表面磨削更加剧烈。垂直于磨削面取样观察时，可以看到表面有二次淬火白层和被高温回火的次层，与前面轴承钢的磨削裂纹很相似，磨削裂纹垂直于表面，一般终止于回火层内。如果工件内应力较大，裂纹也可再向内伸展。
磨削加工时，所用的砂轮太钝、粒度过细、硬度偏高、进给量太大、冷却不良等因素，是磨削裂纹产生的外在条件。改善磨削加工工艺，可以有效地防止磨削裂纹的产生。例如，加强冷却条件、选用中软砂轮和稍粗的粒度，粗磨时进给量控制在0.02~0.04mm，精磨时控制在0.005~0.01 mm。另外，工件要充分回火，例如图4-47所示的硅钢片冲模再经一次回火后，磨削裂纹就不再出现。因此，建议Cr12钢系列各钢种采用两次回火为好，如能提高回火温度而不影响使用性能，则尽可能提高到400℃回火。深冷处理可以有效地降低残留奥氏体量，提高工件的导热性能，也大幅度地降低磨削裂纹产生的概率，甚至不再出现磨削裂纹(当磨削加工工艺合理时)。

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