CrWMn模具沖頭表面裂紋的探究

袁子斐

摘 ?要：對CrWMn冷沖模具鋼表面裂紋進行檢測，采用化學成分分析、宏觀及微觀金相檢測等方法，尋找表面裂紋形成主要原因。通過對試驗結果的分析，判斷主要原因是鍛造加熱不當，最后本文對加工方法及生產注意事項提出相關的意見和建議。

關鍵詞：CrWMn冷沖鋼;表面裂紋;鍛造加熱

CrWMn是應用最廣泛的工具鋼之一，強度較高，但是脆性較大。在制造加工過程中，比較容易出現表面裂紋，極大地影響工件的使用壽命和可靠性，因此，對CrWMn材料表面裂紋的控制研究具有重要的現實意義，減少或者避免該種材料的表面裂紋，能夠較好的提高企業的生產效率，降低企業生產成本，也有助于提升企業的安全生產和質量控制水平。CrWMn材料常用于制造冷沖模具，其生產工藝是：鍛造成型→粗加工→球化熱處理→半精加工→淬火處理后精加工。生產單位在生產某批沖頭時，將Ф40㎜的圓鋼鍛打為30㎜×12㎜的方形鍛件，在鍛打后，發現該批沖頭表面存在長25～30㎜不等的數條縱向裂紋，裂紋較直，最深度約為1㎜左右。為此，我們將對該批鍛件表面出現裂紋的成因進行分析探討。

1、試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：固定式直讀光譜儀，金相顯微鏡，金相鑲嵌機等。

試劑：3%硝酸酒精溶液，10%硝酸水溶液，試驗用水為純凈水。

1.2 試驗方法

化學成分分析：將樣品經鋸床切割后打磨光滑平整，經直讀光譜儀分析后取穩定結果。直讀光譜儀使用前經預熱及標準樣品校對。

樣品宏觀檢測：將樣品經鋸床切割后（檢驗面垂直于鋼材的延伸方向），加工成合適大小的試樣，然后經粗磨、細磨、拋光后用10%硝酸水溶液腐蝕，肉眼觀察其表面特征。

金相檢測：從樣品的裂紋處及樣品芯部取樣，經鑲嵌機鑲嵌后粗磨、細磨、拋光，最后經3%硝酸酒精溶液腐蝕后，用金相顯微鏡觀察其組織并截取相關圖片。其中晶粒度檢測放大倍數為100倍，裂紋形貌及組織結構檢測放大倍數為500倍。

2、試驗結果

2.1 化學分析（%）：

試驗結果如表1所示。

2.2 對原始的材料和成型鍛件進行宏觀檢測：

2.2.1 Ф40圓鋼：一般疏松1級;未發現錠形偏析及皮下氣泡。

2.2.2 30×12成型鍛件：一般疏松1級;中心疏松1級;表面發現25×30㎜不等的數條平行裂紋，裂紋較直，深度約為1㎜。

2.3 金相檢測：

金相試樣是在30×12方形鍛件上裂紋處取樣，其檢測結果為：

非金屬夾雜物級別：1.5級;晶粒度級別：試樣心部 ?8級（見圖1）

裂紋邊緣 ?4級（見圖2）。

基體組織：試樣心部，均勻分布的片狀珠光體及粒狀珠光體（見圖3）;

裂紋邊緣，均勻分布的片狀珠光體及少量粒狀珠光體（見圖4）;裂紋形貌（參見圖2），裂紋兩側有明顯的脫碳層（見圖2、5），晶粒比心部粗。

3、分析探討

3.1 結果分析

綜合以上的檢測分析，可以看出鍛件原始材料的化學成分、宏觀低倍等符合《GB/T1299-2014》標準，表面裂紋的出現應與原始材料無關。從金相微觀檢測中也可看出，鍛件沖頭的心部組織為片狀珠光體+粒狀珠光體，珠光體級別為六級，心部晶粒度為八級，而表面裂紋的兩側有明顯脫碳，晶粒度為四級，這說明在鍛造加熱過程中，存在高溫加熱及保溫時間過長，出現脫碳現象，并伴隨原始組織晶粒的長大（由八級長大為四級），既表面的組織由細晶粒變為粗晶粒。

綜合以上所述，我認為該批CrWMn鋼鍛件表面出現裂紋是由于鍛造加入過程中加熱時間過長、溫度過高而引發表面脫碳，導致表面脫碳部分的強度或者硬度對比正常部分有所降低。同時在溫度的影響下，細晶粒長大為粗晶粒，晶界的數量變少，位錯移動時的阻力降低，使材料的塑形變形抗力降低。φ40的圓鋼鍛打成30×12的矩型方鋼時，表面所受的張力較大，同時材料表面的組織在溫度影響下出現脫碳并伴隨晶粒長大，導致材料本身強度和硬度降低，在表面鍛打時就更容易出現裂紋。因此建議適當降低鍛造溫度，嚴格控制保溫時間，適當降低鍛打的變形程度，并適當增大鍛造坯件的幾何尺寸，在出現鍛造表面微小裂紋時，可以有足夠加工余量，將裂紋加工除去。

3.2 意見和建議

綜合此次檢測的結果及以往累計的經驗，對于預防此種裂紋的再次出現，給出以下建議：第一，嚴把進場材料管，對于原材料著重進行化學成分和金相組織檢驗，不合格原材料和粗晶粒鋼不宜作模具材料。第二，原料用于加工前應復查原材料脫碳層深度，冷切削加工余量應適當大于脫碳層。第三，制訂規范的熱處理工藝，精確控制現場熱處理溫度，并對測溫儀器定期校驗。

參考文獻

[1] ?《金相分析技術》上海市機械制造工藝研究所主編

[2] ?《機械工程材料測試手冊》物理金相卷

[3] ?《大型鑄鍛件缺陷分析圖譜》機械工業出版社