某冷作模具尺寸為23mmx310mmx330mm，工件材料為DIN lOOMnCrW4鋼[主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：0.88%C，1.10%Mn，0.65%Cr，0.54%W，0.07%V]。熱處理工藝為：820℃xlh加熱后淬油冷至50℃，然后進(jìn)行240℃×2.5h兩次回火處理。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，磨削加工后模具出現(xiàn)邊角崩裂，造成模具失效報(bào)廢。

宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，模具邊角崩裂和裂紋共3處。第1處裂口沿工件橫向，裂塊崩裂掉落，裂塊尺寸為155mmx13mmx5mm；第2處裂紋沿孔壁最薄處模具縱向完全裂開，位于第1處崩裂塊左側(cè)中間大圓孔部位；第3處裂紋位于模具下側(cè)面，距工件左下角l10mm處，呈現(xiàn)兩條細(xì)裂紋，自棱邊向厚度方向延伸，和工件平面呈垂直狀態(tài)。模具硬度為58HLC。模具表面檢查發(fā)現(xiàn)，工件棱邊、角及孔口部位機(jī)加工粗糙，并且加工大孔與模具相交面均無圓弧過渡，呈直角臺(tái)階狀，而且該部位工件壁厚最薄（約6mm)，是典型的應(yīng)力集中區(qū)域。低倍觀察斷口形貌可見，開裂斷口呈銀灰色。經(jīng)掃描電鏡微觀觀察，發(fā)現(xiàn)斷口呈典型冰糖狀形貌特征，為沿晶脆性斷裂。能譜分析表明，斷裂模具斷裂處存在大量碳化物。斷裂模具顯微檢驗(yàn)和分析表明，裂紋擴(kuò)展呈橢圓彎曲特征，裂紋前緣細(xì)小，未發(fā)現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。局部裂紋處有未脫落的碳化物液析存在，碳化物附近形成顯微孔洞。裂紋區(qū)域發(fā)現(xiàn)未脫溶的碳化物存在。該處顯微組織為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+少量塊狀碳化物+少量殘留奧氏體。模具材料中碳化物帶狀偏析明顯，帶狀偏析為3級(jí)。裂紋區(qū)域局部有半封閉或封閉的二次網(wǎng)狀碳化物存在，并且在碳化物偏析帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)被拉長的塑性夾雜，呈灰色，其網(wǎng)狀碳化物為3-4級(jí)。

從模具裂紋檢驗(yàn)金相分析可知，該裂紋系淬火開裂，而不是熱處理前形成的。顯微組織分析表明，開裂模具存在二次網(wǎng)狀碳化物和帶狀偏析，以及局部偏聚碳化物液析，這是模具淬火開裂的主要原因。和基體相比，模具中存在的碳化物既硬且脆，相界面處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為微裂紋源。在內(nèi)應(yīng)力作用下，裂紋易沿碳化物擴(kuò)展，并最終導(dǎo)致工件淬火開裂。另一方面，模具棱邊、角和加工孔口機(jī)加工粗糙痕跡及無圓角過渡等加工缺陷與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，使這些部位易出現(xiàn)應(yīng)力集中，并出現(xiàn)微裂紋，這是促使模具裂紋開裂的次要原因。

綜上分析，提出防止模具淬火開裂失效的工藝改進(jìn)措施如下：

（1）模具坯料熱處理前應(yīng)進(jìn)行改鍛，以消除模具坯料帶狀偏析，使碳化物組織分布均勻化，以降低產(chǎn)生應(yīng)力集中和開裂的隱患和危險(xiǎn)。

（2）機(jī)加工后應(yīng)采用新型中頻感應(yīng)退火設(shè)備進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除工件應(yīng)力，減少工件淬火開裂傾向。

（3）改進(jìn)模具設(shè)計(jì)和加工，提高模具加工精度和開孔與模面相交圓角過渡等，以減少應(yīng)力集中和微裂紋等傾向。

經(jīng)眾多實(shí)踐證明，采用上述改進(jìn)措施進(jìn)行熱處理后，DIN 100MnCrW4模具鋼無開裂缺陷，而且使用壽命以及工件性能都得到很大程度的提高，滿足了工作要求。更讓大家歡喜的是它可以進(jìn)行大規(guī)模的批量生產(chǎn)，能夠較大提高生產(chǎn)效率。