模具鋼中反常組織引起的原因

反常組織工件在奧氏體化加熱后緩慢冷卻，在冷卻組織中出現晶界網狀碳化物和包圍這個網狀碳化物的鐵素體組織。在熱作模具鋼3Cr2W8、H13中鍛造后采用停鍛時的溫度時沒有采用正確的冷卻工藝。不是先快冷到700℃以下，再進行退火處理，反而是采用Ar～Acm溫度范圍進行余熱退火處理。由于鍛造加熱溫度過高，高溫奧氏體化加熱充分，合金碳化物溶解完全，在緊接著的余熱退火保溫過程中，奧氏體中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集長大，形成網狀碳化物，并造成碳化物與晶粒之間形成貧合金、貧碳的鐵索體帶，即反常組織。碳化物形式有M2C、M23C6。熱作模具鋼的含碳量3Cr2W8、H13分別在0.30%～0.40%、0. 32%～0.4%，形成的碳化物細小，不容易檢查，往往容易忽略。加上市場價格的競爭，往往不會采用高溫正火等工序來消除，這種組織就遺傳給最終熱處理。碳化物M23C6在900℃以上開始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奧氏體中，M2C只能在1150～1200℃的溫度部分溶解于奧氏體中，熱處理淬火后網狀碳化物遺留下來，同時淬火硬度也會降低。具有這種組織模具的使用壽命很低，一般以早期開裂為主，開裂形式是碎裂成多塊。熱處理回火工藝應注意以下事項：①熱處理的加熱溫度選用1100-1150℃，加熱保溫時間比較長，加熱系數達到0.3-0.45min/mm。②由于Ms點比較低，淬火之后的冷卻必須充分，一般需要冷卻到室溫以后再進行回火，回火二次硬化峰值在520℃附近，在520-560℃回火，一般不高于62HRC。③為了提高工件硬度，淬火之后，需要進行冰冷處理，然后回火才可以達到61HRC以上，冰冷之前不能進行回火處理，否則硬度難以提高。模具鋼有高碳類、中碳類，熱處理加熱溫度有中溫和高溫。目前采用熱處理的爐型主要有中、高溫箱式電阻爐、鹽浴爐、真空爐。很少采用少無氧化的保護氣氛爐做模具鋼的熱處理。一方面是加熱元件和耐熱鋼合金的壽命短，另一方面是保護氣體的選用問題。例如，5CrMnMo等中溫加熱處理的模具采用箱式爐（或室式爐）進行淬火加熱，為了避免氧化、脫碳，一般采用裝箱加熱，使用木炭或舊滲碳劑填充保護。這樣可能造成模具表面滲碳。滲碳除了掩蓋了模具本身的真實硬度外，主要缺陷還是極容易產生表面熱疲勞裂紋，導致早期脆裂或壽命降低，生產實踐中這種情況相當普遍，一些鍛型模具的熱疲勞裂紋，實際就是由于滲碳而引起的。對模具鋼進行氮基氣氛保護淬火試驗時發現，1100℃以上加熱時，碳勢控制不穩，甚至出現碳勢急劇下降現象。因此，氮基氣氛熱處理使用溫度應控制在1050℃以下為宜。至于高碳合金模具鋼，例如Cr12型冷作模具鋼的保護氣氛，仍然可以選用甲醇氣體。本文參考《熱處理工藝問答》一書。