Cr12钢是一种应用广泛额冷作模具钢,属高碳高铬型合金钢。该钢具有较好地淬透性、淬硬性和耐磨性。同时由于该钢弹含量可高达2.3%,因而冲击韧度较差、易脆裂,而且容易形成不均匀的共晶碳化物。
断口分析
将开裂模具沿裂纹人工打开,用JCXA-733型电子探针进行断口微观形貌观察。断口呈现脆性断裂特征,为理解断口;同时还可以看到断口上分布着大量的长条大块状共晶碳化物,在碳化物聚集区域,有沿碳化物沿晶开裂的现象。
硬度检验
在模具开裂裂纹附近取样用HRS-150型数显洛氏硬度计进行洛氏硬度检验,测得的硬度分别为28.8,27.9,24.1,26.3HRC,可见开裂模具的硬度分布不是很均匀,这与显微组织中共晶碳化物呈严重网状聚集分布有关,在碳化物聚集区域硬度较高,其余区域硬度则较低,可见硬度试验结果与金相检验结果相吻合。开裂模具的平均洛氏硬度为26.8HRC,根据GB/T 1172-1999换算为布氏硬度约264HB,符合Cr12钢球化退火后的交货硬度要求(217~269HB),但比较接近上限硬度,这与材料中碳、铬含量较高,碳化物较多有关。
综合分析
由以上理化检验结果可知,开裂Cr12钢模具的化学成分不符合GB/T 1299-2000要求,其铬含量超过标准规定上限,而碳含量接近标准规定上限,因而材料中的共晶碳化物较多,硬度偏高,使材料的变形抗力大、塑性差,从而导致模具在锻造和加工过程中的开裂敏感性增加。
对开裂裂纹的宏观形貌及断口微观形貌特征的分析表明该Cr12钢模具开裂为脆性解理开裂,且在碳化物聚集区域有沿碳化物沿晶开裂的现象,这些都说明模具开裂与材料中的共晶碳化物多而粗大且呈严重网状聚集分布有关。金相检验结果表明开裂模具的共晶碳化物不均匀度级别及碳化物最大尺寸均严重超标,这一方面与该模具原材料的冶金质量有关,化学成分中的铬、碳含量偏高;同时也说明该模具厚材料的锻造工艺不充分,未能将碳化物打碎,碳化物相硬而脆,是脆性相,当大块带有棱角的碳化物呈网状聚集在模具中时,就会切割基体金属的连续性,成为应力集中源,萌生微裂纹并导致模具在线切割加工过程中于加工应力和内应力的共同作用下发生脆性开裂。
另Cr12钢锻造后的球化退火如不充分,使得材料中的锻造内应力较大,硬度较高,这也会增加模具在线切割加工过程中开裂的可能性。
结论及建议