2 分 析

　　对失效模具钢进行了化学成分及内部组织结构的测试和分析，模具钢的材质成分、硬度符合国标GB/T 9943-2008中钢的化学成分要求。模具钢的表面和心部的组织和显微硬度符合预期要求。

　　综合材料使用工况，该模具已进行了批量生产，机加工工艺较为成熟，可以排除材料选择、工艺设计等异常原因，因此重点分析该失效件的内部组织，存在个别较为粗大的共晶碳化物。对试验结果进一步分析发现，造成其断裂的2个影响因素分别为共晶碳化物不均匀度较高和晶粒组织粗大，这可能是铸态组织遗传，在锻造退火过程中未能对共晶碳化物进行有效破碎和分解。这类碳化物的不均匀分布对钢的力学性能有较大的影响，即碳化物颗粒尺寸细小、分布均匀是该类模具钢获得良好使用寿命的重要因素。

　　其次，M42模具钢的热加工技术要求较高，M42模具钢的过热敏感性大，淬火加热范围较窄，温度控制在（1 190±10）℃，保温时间按照厚度15~18 s/mm计算。通过追溯M42模具钢热处理工艺：淬火（730~840 ℃预热，1 170~1 190 ℃盐浴或1 180~1 200 ℃箱式炉加热，油冷）、回火（530~550 ℃三次回火，每次 2 h）、使硬度不低于66 HRC。现场热处理工艺：1 200 ℃箱式炉加热气淬，550 ℃三次回火，530 ℃氮化。从现场观察发现模具钢淬火过程中存在一定的温度波动（10~20 ℃），易产生局部过热，导致晶粒长大和不均匀变形。考虑该模具的实际尺寸，存在局部薄壁处温度偏高或保温时间过长的情况，合金碳化物溶解程度增加，导致模具钢的边缘组织淬火后出现异常粗大，降低了模具钢的韧性和塑性，造成早期失效。

　　3 结束语

　　（1）从分析结果看，共晶碳化物不均匀度级别较高，最直接的原因是锻造工艺选用不当或变形不充分，锻造过程未能实现碳化物的完全均匀破碎。建议改进措施为：质量要求较高的模具钢采用快锻开坯、大变形多次墩拔的锻造工艺参数，确保从源头和过程控制共晶碳化物形态与分布。

　　（2）显微组织的个别晶粒尺寸偏大，是由于模具零件在淬火时加热温度较高、保温时间偏长，使组织粗化，大尺寸的晶粒存在会降低材料的韧性，造成模具零件早期脆断失效。建议热处理企业通过优化淬火工艺，避免淬火加热温度过高造成晶粒粗大缺陷，跟踪该模具后续生产批次的使用情况，确保未再次发生此类异常失效。

　　原文作者:杨礼林徐祺昊秦晨赵莉萍   作者单位：内蒙古科技大学 材料与冶金学院（稀土学院）