某模具廠生產(chǎn)的Φ13mm的圓柱形模具的材質(zhì)為SKH51(日本JIS牌號,等同于我國的W6Mo5Cr4V2),其在機加工后發(fā)現(xiàn)存在裂紋。其生產(chǎn)工藝為鍛造后,加熱到1220℃保溫1h后,于560℃分級后空冷,再加熱到560℃保溫1h后空冷,回火3次。對產(chǎn)生裂紋的模具進行了外觀檢查,化學(xué)成分分析,金相檢驗和硬度測試,并對其裂紋產(chǎn)生原因進行了分析。
該工件表面光亮,端部存在多條縱向微小裂紋,長短不一,間斷或連續(xù),多數(shù)呈條狀分布,單條或多條平行于磨削方向,最長裂紋約15cm。在裂紋處取樣,進行化學(xué)成分分析,發(fā)現(xiàn)合金元素Mo、V含量偏低。在裂紋近區(qū)取橫剖面試樣,經(jīng)鑲嵌,研磨和拋光后用4%硝酸酒精溶液侵蝕,分別在100倍和500倍光學(xué)顯微鏡下觀察。基體組織:回火馬氏體+殘余奧氏體+大塊白色顆粒、粒狀碳化物。存在非金屬夾雜物:細系D0.5。裂紋附近兩側(cè)組織無明顯差異,都聚集著大量顆粒狀碳化物,裂紋深度約0.15mm,無脫碳現(xiàn)象,裂紋內(nèi)無氧化物夾雜??v向試樣碳化物呈帶狀分布,碳化物不均勻度5~6級。在裂紋取樣點附近進行硬度測試,結(jié)果為63HRC,符合GB/T9943-1988標(biāo)準。
W-Mo系高速鋼中,鉬的存在可以降低碳化物偏析,釩可以使鋼在加熱時形成穩(wěn)定性較高的V4C3,能阻止奧氏體晶粒的長大,使鋼在回火后出現(xiàn)二次硬化。該工件由化學(xué)分析可知,Mo、V含量偏低,這是造成碳化物偏析嚴重的一個重要原因。嚴重的碳化物偏析,導(dǎo)致鋼中化學(xué)成分及顯微組織的不均勻性,由于局部基體貧碳及貧合金元素,熔點相應(yīng)降低,致使碳化物堆集處的基體組織在淬火時容易產(chǎn)生過熱而得到粗大馬氏體和較多殘余奧氏體。淬火時,帶狀碳化物處溶入奧氏體中的碳化物數(shù)量較多,奧氏體合金化程度相應(yīng)提高,Ms點下降,淬火后殘余奧氏體數(shù)量增多。較多殘余奧氏體,在磨削過程中因磨削熱作用,轉(zhuǎn)變成馬氏體組織,體積發(fā)生膨脹,產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力?;鼗饡r,一般基體的淬火馬氏體充分得到回火,而帶狀偏析附近的基體,由于固溶較多合金元素,提高了抗回火性,使組織有些地方回火不足,留有較多殘余拉應(yīng)力。磨削加工時,多種應(yīng)力綜合,超過該材料強度極限,便引起表層磨削裂紋。
該工件嚴重的碳化物帶狀偏析是產(chǎn)生磨削裂紋的主要原因。因此建議廠方嚴格控制W-Mo系高速鋼中合金元素含量;對偏析嚴重的原材應(yīng)進行較大鍛壓比改鍛,使碳化物偏析得到改善;對偏析不嚴重的工件,可再增加1~2道560℃回火,使組織回火均勻。(榕霖)