Cr12MoV钢模板在磨削加工过程中磨面出现了裂纹，磨削表面有明显的褐色振纹焦斑，见图1，经着色探伤显示，沿孔周围有放射状裂纹及细小网络状裂纹，见图2。模板的设计要求如下：规格为580mm*210mm*50mm，材料为Cr12MoV钢，马氏体级别<3级，硬度60-64HRC；加工工艺路线为：原材料→下料→机械加工→真空淬火+回火→磨削加工→线切割加工→钳工修整；真空热处理工艺为650℃预热90min， 820℃预热90min，升至1020℃开始保温，保温时间60min。预冷淬静油（60-80℃），油中冷却15分钟出油；180℃×3h二次回火。笔者就模板的开裂原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。
图1 模板开裂实物图
图2 模板着色探伤后裂纹形貌
1、理化检验
1.1化学成份分析
沿裂纹区域取样， 退火后钻取样屑，采用滴定法及碳硫分析仪进行化学成分分析，结果见表1，元素含量均符合GB/T1299-2008《合金工具钢》对Cr12MoV钢成分的技术要求。
表1 Cr12MoV钢模板化学成分（质量分数） %
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化 学 成 份 |
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元素 |
C |
Cr |
Mo |
V |
Si |
Mn |
S |
P |
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实测值 |
1.65 |
12.05 |
0.41 |
0.22 |
0.18 |
0.31 |
0.008 |
0.015 |
|
标准值 |
1.45-1.70 |
11.00-12.50 |
0.40-0.60 |
0.15-0.30 |
≤0.40 |
≤0.40 |
≤0.030 |
≤0.030 |
1.2金相检验
沿裂纹区域取样磨抛成金相试样，用化学侵蚀法显示其组织。按GB/T 10561-2005 《钢中非金属夹杂物含量的测定——标准评级图显微检验法》评定非金属夹杂物，结果见表2。
表2、模板非金属夹杂物级别
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类型 |
A类夹杂物 |
B类夹杂物 |
C类夹杂物 |
D类夹杂物 |
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级别（级） |
1.5 |
0.5 |
0.5 |
0 |
共晶碳化物呈网状分布，按照GB/T14979-94《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准第四级别图评定共晶碳化物不均匀度级别5级，见图3。
图3 共晶碳化物分布形貌100X
将磨削面轻抛后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，磨削面呈现出黑白相间的条带，白色条带为二次淬硬区域，黑色为高温烧伤回火区域，见图4。
图4 模板磨削面二次淬硬层及高温烧伤层形貌40X
与磨面垂直的试样表面有清晰的白亮层，为二次淬火马氏体，淬硬层深度0. 05 mm; 次表层颜色较深，为高温回火组织，即回火托氏体，烧伤层总深度0．21 mm，见图5。这是磨削加工所产生的热量使表层温度升高到相变点AC1以上奥氏体化，随后由于磨削液及工件自身的冷却，产生了二次淬火马氏体，难以腐蚀呈白亮色。由表及里温度逐渐降低，次表层温度接近AC1时，被高温回火，因析出了大量碳化物而易腐蚀。裂纹与表面垂直，且深浅不一，较深处为0.35mm，裂纹内无氧化物，两侧无氧化脱碳现象，见图5，说明该裂纹为磨削裂纹。裂纹穿透磨削烧伤层，说明工件内应力较大，组织回火不足。
图5 二次淬火层、回火烧伤层及表面裂纹形貌 100X
基体显微组织为马氏体+残留奥氏体+共晶碳化物+颗粒状碳化物，按JB/T 7713-2007 《高碳高合金钢制冷作模具显微组织检验》标准评定，马氏体为2级，见图6。
图6 基体显微组织形貌 400X
1.3硬度测试
用HR-150A洛氏硬度计检测，硬度为61.5HRC；61.0HRC；61.5HRC，符合设计要求。
二次淬火层及高温烧伤层的硬度用HXD-1000TMC显微硬度计检测HV0.1，按照GB/T 1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》标准换算成HRC，测试结果见表3。二次淬火层、高温烧伤层硬度均不符合设计要求。
表3 二次淬火层及高温烧伤层的硬度
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二次火硬层硬度值 |
高温烧伤层硬度值 |
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HV0.1 |
745，756，760 |
653，647，667 |
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相当于HRC |
62．0，62.5，62.5 |
58.0，57.5，58.5 |
2．分析与讨论
磨削是利用砂轮的切刃和模板接触进行磨擦切削，磨削所消耗的功几乎80%变成了热量，使模板表面的温度骤然间升高，可达800℃以上产生马氏体相变，且磨削热向工件内传播，沿截面急剧改变零件的温度,它可产生两方面的变化：⑴模板表面被继续回火，导致硬度下降，比容骤减；当磨削激烈时会产生二次淬火现象，并将其次层回火，见图6。浅表层金属因比容减小而导致体积收缩，因受到内层金属的阻碍，而引起（两向）拉应力，它是磨削拉应力主要组成部分之一；⑵被磨削热加热而使体积膨胀了的浅表层金属,在随后的冷却（冷却液作用下）期间，由于体积迅速收缩受到内层金属的阻碍，也在浅表面内产生了拉应力，它是磨削拉应力的另一个构成部分[7]。
模板基体组织回火不充分，组织稳定性差，热处理应力未能充分消除，且残留奥氏体亦不能完全转变，磨削时受磨削集热的影响，将生成新生马氏体，使材质的脆性增加；模板共晶碳化物呈封闭网络状、堆积状、锐利尖角状分布，增加了切口效应；当磨削过烈时，工件表层被二次淬火，表层金属比容增大导致体积膨胀，共晶碳化物尖角及聚集处成为应力集中源； 模板在磨削过程中，磨削力、摩擦力大或者砂轮过钝等因素，形成了复杂的应力状态，包括原有的残余应力（如回火不充分、组织均匀性差而产生附加内应力），磨削热引起的热应力、高速磨削时的机械（滚压）应力及磨削过程中发生的相变（表层温度过高引起马氏体相变）所引起的组织应力等，当总应力超过工件本身的强度极限时，二次淬火层的共晶碳化物尖角处将率先启裂，产生磨削裂纹。
3．结论与措施
（1）由于模板回火不充分，碳化物均匀性较差，磨削时进给量大，冷却不充分或砂轮过钝等因素，使得模板磨削加工时产生了磨削裂纹。
（2）原材料应充分改锻，加大锻造比，可降低共晶碳化物不均度级别；适当延长回火时间，充分消除淬火应力；磨削加工时严格控制进磨量，充分冷却，及时修整砂轮，可有效防止磨削开裂。
