知识分享：5CrMnMo钢是目前国内广泛应用的热作模具钢。已有的一些研究主要集中在如何提高模具的使用寿命方面。对模具的淬火开裂报道相对较少。本文对一例5CrMnMo钢热作模具淬火开裂现象进行了分析。

　　1.现场调查

　　5CrMnMo钢大型锻模为长方实心体，尺寸为1090mm×510mm×310mm。热处理工艺为：860℃加热，保温7h，然后用热油淬火，540℃加热回火，保温12h。加热设备为箱式电阻炉。按淬火加热的记录曲线，锻件自入炉后实际加热总时间为14h以上。锻模工作面朝下放在一铁制的隔板上，为防止脱碳，隔板上铺一层碎碳块和铸铁末，同时在锻模上部盖着碎碳块及黏土，以防止加热时表面脱碳或氧化。

　　出炉后将表面铺盖的黄泥及碳块等清理后，立即浸入热油中淬火。油温为60℃左右。模块整体浸入油池中停留30min，将锻模整体提出油面空冷。利用余热对锻模燕尾部分进行回火处理，时间为50min。将锻模工作面仍浸在油中冷却，直至其降到油温。然后放在冷铁板上冷却。冷至室温，在箱式电阻炉中回火，回火后，空冷至室温。热处理后变形较大，表面存在肉眼可见的淬火裂纹，裂纹深度达30mm以上。锻模报废。

　　2.检验和分析

　　检测结果显示，钢材化学成分在规定的技术标准之内。杂质元素P、S含量(质量分数%)分别为0.023%和0.021%。均小于允许的最大含量0.03%。钢中夹杂物数量不多，尺寸很小，形状近似圆形。

　　开裂原因主要是热处理工艺不当造成的。淬火加热时未预热。由于模具尺寸较大，5CrMnMo钢导热性相对较差。淬火加热前未经预热直接装入高温加热炉中，表层金属很快热膨胀，内部传热慢，温度较低，热膨胀跟不上表面膨胀速度，在钢材内部产生拉应力。因此，对5CrMnMo钢大型锻模淬火加热前要预热以减小热应力。

　　淬火加热温度过高，5CrMnMo钢的正常淬火温度为830~850℃，对大型热锻模，淬火温度应取下限，甚至820℃加热即可。此锻模淬火温度为860℃，加热保温时间比正常加热保温时间几乎多一倍，奥氏体晶粒长大，淬火时形成粗大的片状马氏体组织，诱发显微淬火裂纹。特别是锻模在炉中放置位置是工作面朝下，炉底有发热元件，锻模表面加热的实际温度更高。大型热锻模，传热较慢，加热时间较长，若淬火温度偏高，易产生淬火裂纹。

　　淬火冷却前无预冷，此锻模淬火用油冷，模块工作面一直置于油中，淬火引起的残余应力很大，形成的粗大片状马氏体产生显微淬火裂纹，是引起淬火裂纹的主要原因。为了减小淬火时产生的变形，锻模应先预冷到760~780℃，再油淬到200~300℃出油，出油后立即放入350~400℃炉中均热，热透后再升温至回火温度回火，这一步操作十分关键，否则极易淬裂。模具淬火后，应立即回火，不能冷到室温，更不能放在冷铁上冷却，以防开裂。

　　未及时回火，裂纹断口表面的氧化色表明裂纹形成期在淬火之后，回火之前。即淬火应力过大，引起开裂，开裂的位置恰好在冷却最快的锻模工作面，原因是淬火时浸油时间太长，出油温度过低造成的。淬火后将锻模工作面置于冷铁上放置，且没有及时回火。

　　3.改进措施及效果

　　增加预热工序，预热温度600~650℃，保温时为3～4h;淬火加热温度调整为830℃，测温热电偶尽量靠近锻模的工作面。淬火加热保温时间调整为4～5h。

　　淬火前预冷至760℃时再油冷，严格控制出油温度在200℃以上。另外锻模淬火后应放置在200℃以上的炉内，禁止放在冷铁或地面上。

　　淬火后应立即高温回火，在200℃以上出油、缓冷，减小锻模中的热应力。

　　采取上述措施后，该锻模热处理再未发生淬火开裂现象，实际使用效果也较好。

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