受力零件的几种常见开裂因素及解决方法
摘要：本文分析了受力零件在加工和使用过程中的几种常见开裂因素，对各种开裂因素进行了分析研究并提出了解决方法。
关键词：受力零件开裂因素机械性能解决方法
1 引言
在刀具、夹具、量具、辅具、模具等工具工装中，有一类需要承受工作载荷的相关受力零件，比如冷冲压模具中的切断刀具，压药模具中的成型模等，要有足够好的强度和韧性等综合机械性能，才能满足其使用要求。零件从原材料加工至成品的过程以及在成品后的使用过程中，都可能存在着一个严重的失效形式，那就是零件的开裂问题。
零件的开裂，不但不能满足其使用要求，并且有时产生的崩裂碎块还会造成人身伤害，是非常危险的。所以探究这类零件的开裂因素及解决方法，是一个非常重要的研究课题。造成零件开裂和存在开裂隐患的因素，除了原材料因素外，基本是在零件的加工过程中造成的。本文以自己多年的工作经验，结合实际中的受力零件实例，以如何控制好每个环节，准确掌握几个关键点的加工方法为出发点，分析了这类零件在加工过程中常见的几种开裂因素，并提出了相应的解决方法。
2 受力零件模套实例分析
某压药模具的模套，结构外圆为Ø130mm，总高为200mm，内孔Ø76.9mm，在孔深185mm处是69°±5′内锥。内孔与内锥的同轴度要求不大于0.025，整个内形的粗糙度要求为0.8。模套是压药模具的主要成型件，工作时在310吨油压机上承受很大的径向和轴向压药力。此模套是典型的结构较大、质量要求高、内形易变形、受力也很大的高精要求受力工作零件，在加工和使用过程中，如果加工过程控制不准确，很容易出现开裂的失效形式。
3 开裂因素分析
3.1 材料因素
碳素工具钢T10A是工厂里传统使用的模套材料，这类材料虽然淬火后的硬度和耐磨性能满足一般工具的要求，易切削，且价廉，但它的淬透性差，且稍大的钢件，淬火时水冷会增加工件的变形和开裂倾向。此压药模套，属于较大工件，尤其是内形结构较大，淬火过程的各环节如果处理的不当，会造成内部组织不均匀，产生变形和开裂，以及造成变形和开裂的隐患存在，这些状况，在淬火和以后的使用过程中，都容易出现开裂现象。
3.2 锻造因素
为了得到需要的形状大小，也为了改善合金工具钢的碳化物不均匀度，锻造是提供零件毛坯的重要加工方法。工具工装是单件或小批生产，一般采用自由锻造加工。自由锻造有很多地方人工难以控制，锻造温度过低，会造成过大的内应力（内应力严重时甚至会产生锻造裂纹）；温度过高，会使是锻件再结晶后晶粒粗化，机械性能（尤其是冲击韧性）降低；如果各个方向锻打不充分，碳化物偏析大于三级，这些因素都会成为后序淬火开裂以及使用过程开裂的潜在可能性。
3.3 淬火前的粗加工因素
淬火前的粗加工表面虽然不是最终成型面，但也不能太粗糙。粗糙加工面上的波峰和波谷，会破坏表面组织的连续性，使表面组织断裂不连续，淬火时组织变化不均匀，相互牵引的内应力也不均匀，那些尖角和尖棱部位，都是淬火应力集中的地方，常成为淬火开裂的起点。
3.4淬火因素
零件淬火时的过热与过烧。加热温度过高或高温下保温时间太长，都引起奥氏体晶粒显著粗化，淬火后得到粗大的马氏体晶粒，粗大的马氏体中存在大量微裂纹，这种裂纹会发展成淬火裂纹，不可避免地会给零件在制作和使用过程中产生开裂的可能。回火时保温不充分，内应力不能充分得到稳定，也是开裂的很大隐患。
4解决开裂因素的方法
影响开裂的因素还很多，这里不谈其它方面的客观原因，只谈上面介绍的通过自身努力能解决的几个方面。从上面常见几个开裂因素的关键点入手，利用科学的操作方法，从主观上重视去分析问题，寻找解决开裂因素的办法。
4.1 更换零件原材料
对于这种结构偏大、受力也很大的复杂内形受力零件，可选用耐磨性高、淬火变形小的高合金工具钢Cr12MoV。Cr12MoV的主要优点是淬透性好，淬火变形小。经过正确的锻造和采用恰当的热处理，这种钢可达到淬火微变形，材料中含有的微量合金元素，使得组织晶粒细化，组织均匀，有很高的强度和很好的韧性等机械性能。避免了碳素工具钢T10A由于淬透性差等原因造成的开裂因素。
4.2 提高锻造质量
合金工具钢Cr12MoV的内部组织结构复杂，并含有大量塑性差且偏析严重的各型碳化物，可锻性较差。所以锻造时要控制好各种因素。为防止热应力过大出现裂纹，要先预热再加热；为预防过烧过热产生裂纹，要控制好始锻和终锻温度，多火次锻造；为改善碳化物偏析严重现象，要反复多次镦拔锻造，使碳化物偏析小于三级。经过正确锻造后的零件，晶粒细化，组织结构得到改善，机械性
能得到了很好的改善，不易开裂。
4.3 提高热处理前的粗加工表面质量
零件在热处理前的粗加工表面，光洁平整的表面不会断裂表面的基体组织，会使零件的内部和外部组织一致，变形一致，避免了由于零件内外部组织不一致引起的应力不一致，避免了那些粗糙面的应力集中区，也避免了裂纹及裂纹因素的产生，提高了零件的综合机械性能。粗加工时控制好表面质量，粗糙度值达到3.2以上就基本上没有问题了。
4.4提高淬火质量
零件淬火时要避免过热与过烧。加热温度合适，晶粒才不会粗大，才会得到细晶粒的奥氏体，淬火后才能得到细的马氏体组织，才会避免变形和裂纹。零件淬火完成后回火时，随着保温时间的增加，起初硬度、内应力下降很快，随后便逐渐趋于稳定，回火温度愈高，其稳定值愈低，所以应保证足够的保温时间去除内应力，使性能达到稳定，才不易产生开裂。
5 结论与推广
通过对受力零件原材料的选择，锻造、淬火前粗加工和淬火几个关键点的控制，解决了受力零件在加工和使用过程中的开裂问题，取得了良好的效果。本加工方法具有一定的代表性，对大部分受力零件的制作包括零件的开裂分析都有一定的参考价值，可以推广应用。
参考文献
[1]《金属工艺学》高等教育出版社罗志斌著2003年
[2]《热处理工工艺学》哈尔滨工业大学出版社夏立方2008年
[3]《机械工人切削手册》机械工业出版社北京第一通用机械厂编2005年
