模具钢中反常组织引起的原因
发布时间： 2014-4-7 14:54:35
反常组织工件在奥氏体化加热后缓慢冷却，在冷却组织中出现晶界网状碳化物和包围这个网状碳化物的铁素体组织。在热作模具钢3Cr2W8、H13中锻造后采用停锻时的温度时没有采用正确的冷却工艺。
不是先快冷到700℃以下，再进行退火处理，反而是采用Ar～Acm温度范围进行余热退火处理。由于锻造加热温度过高，高温奥氏体化加热充分，合金碳化物溶解完全，在紧接着的余热退火保温过程中，奥氏体中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集长大，形成网状碳化物，并造成碳化物与晶粒之间形成贫合金、贫碳的铁索体带，即反常组织。碳化物形式有M2C、M23C6。
热作模具钢的含碳量3Cr2W8、H13分别在0.30%～0.40%、0. 32%～0.4%，形成的碳化物细小，不容易检查，往往容易忽略。加上市场价格的竞争，往往不会采用高温正火等工序来消除，这种组织就遗传给最终热处理。
碳化物M23C6在900℃以上开始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奥氏体中，M2C只能在1150～1200℃的温度部分溶解于奥氏体中，热处理淬火后网状碳化物遗留下来，同时淬火硬度也会降低。具有这种组织模具的使用寿命很低，一般以早期开裂为主，开裂形式是碎裂成多块。
热处理回火工艺应注意以下事项：①热处理的加热温度选用1100-1150℃，加热保温时间比较长，加热系数达到0.3-0.45min/mm。②由于Ms点比较低，淬火之后的冷却必须充分，一般需要冷却到室温以后再进行回火，回火二次硬化峰值在520℃附近，在520-560℃回火，一般不高于62HRC。③为了提高工件硬度，淬火之后，需要进行冰冷处理，然后回火才可以达到61HRC以上，冰冷之前不能进行回火处理，否则硬度难以提高。
模具钢有高碳类、中碳类，热处理加热温度有中温和高温。目前采用热处理的炉型主要有中、高温箱式电阻炉、盐浴炉、真空炉。很少采用少无氧化的保护气氛炉做模具钢的热处理。一方面是加热元件和耐热钢合金的寿命短，另一方面是保护气体的选用问题。
例如，5CrMnMo等中温加热处理的模具采用箱式炉（或室式炉）进行淬火加热，为了避免氧化、脱碳，一般采用装箱加热，使用木炭或旧渗碳剂填充保护。这样可能造成模具表面渗碳。渗碳除了掩盖了模具本身的真实硬度外，主要缺陷还是极容易产生表面热疲劳裂纹，导致早期脆裂或寿命降低，生产实践中这种情况相当普遍，一些锻型模具的热疲劳裂纹，实际就是由于渗碳而引起的。
对模具钢进行氮基气氛保护淬火试验时发现，1100℃以上加热时，碳势控制不稳，甚至出现碳势急剧下降现象。因此，氮基气氛热处理使用温度应控制在1050℃以下为宜。至于高碳合金模具钢，例如Cr12型冷作模具钢的保护气氛，仍然可以选用甲醇气体。
本文参考《热处理工艺问答》一书。
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