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冷冲模具开裂原因分析摘要：通过物理光电学高倍精密仪器、构成Cr12模具钢的化学成分检测分析以及测试硬度等检验手段发现该种模具发生开裂主要在电火花线切割过程中产生的其主要表现为：脆性开裂。本文针对以上问题进行了简要的分析讨论希望对此种模具的生产能够提供有价值的参考资料以备在日后的加工生产中得以运用。关键词：Cr12模具钢；碳化物；脆性开裂中图分类号：TG162.41文献标识码：ACr12钢在合金钢的种类中属于碳含量与铬含量百分比较高的、被应用于众多领域的冷作模具钢材料。由于这种合金钢中C含量可以达到2.3%左右所以钢材料自身韧性不高在冲击力的作用下非常容易因脆而裂而且容易形成不均匀的共晶碳化物。该种钢材料也只能用于制造一些受冲击载荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冷镦模、下料模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、压印模、拉丝模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等。某公司生产的Cr12钢冷冲凹模板模板在生产过程中出现中部型腔开裂现象导致整个模板不能正常使用只能做报废处理。为避免此类事故的再发生生产单位委托我们对零件进行分析。我们对开裂模具的原材料及锻造、加工工艺等进行了分析以查明模具开裂的原因。这种模具的生产加工较为复杂基本工艺流程可以分为如下步骤下料、锻造、球化退火、电火花线切割加工、淬火回火、精磨或电加工以及钳工装配。开裂模具的外形尺寸为200mm×90mm×80mm退火后交货硬度要求为217～269HB设计要求在淬火前于模具中心部位用电火花线切割加工出一尺寸为177mm×59mm的型腔。1理化实验检测分析1.1宏观分析用肉眼我们就可以看到靠近模具中心型腔的边缘部分有较为明显呈连续直线性状的开裂痕迹裂纹的走向基本上与锻造方向垂直通过测量可以知道裂痕大概有10毫米深45毫米长见图1。1.2化学成分分析在开裂模具上取样用XRF-1800型X射线荧光分析仪和HCS-878A型高频红外碳硫分析仪进行化学成分分析显而易见其中该Cr12合金钢开裂模具中Cr的含量明显大于规定范围的最高值而C含量却接近于标准规定的最大限制。化学成分分析（%）：实测值（2.29C、0.19Si、0.26Mn、0.016S、0.017P、13.77Cr）；标准成份（2.00～2.30C、≤0.40Si、≤0.40Mn、≤0.030S、≤0.030P、11.6～13.0Cr）1.3金相检验在模具开裂部位制取金相试样经4%硝酸酒精溶液侵蚀后用ZeissAxioObserverZ1m型倒置光学显微镜进行显微组织观察。由图2可见模具开裂部位未见明显的氧化脱碳现象显微组织为球状珠光体+共晶碳化物+颗粒状二次碳化物。其中球化退火后的共晶碳化物呈明显网状偏析分布共晶碳化物不均匀度为7级大于GB/T14979-1994中的6级共晶碳化物中有较多呈大块状或尖角状分布最大尺寸达0.124mm。通常该类模具的共晶碳化物不均匀级别要求不得大于3级碳化物最大尺寸要求不得大于0.017mm可见开裂Cr12钢模具的碳化物不均匀度及最大尺寸都严重超标在这种碳化物聚集区域在外加应力或参与应力作用下模具易沿碳化物开裂。碳化物大且不均匀说明该模具原材料存在冶金质量缺陷同时也反映出锻造工艺不当未能将碳化物打碎。1.4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。由图3可见断口呈现脆性断裂特征为解理断口；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。1.5硬度检验在模具开裂裂纹附近取样用PH300型数显洛氏硬度计进行洛氏硬度检验测得的硬度分别为28.827.924.126.3HRC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/T1172-1999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。2综合分析通过上述检验结果发现该种模具的化学成分与GB/T1299-2000的规定标准有一定的出入其中该Cr12合金钢中铬的含量明显大于规定范围的最高值而碳含量接近标准规定的最高限制值所以材料中的共晶碳化物较多硬度较高使材料的可塑性较差变形抗力较大造成的结果就是在锻造和切削加工中的开裂敏感度上升。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Cr1