纵向裂纹

裂纹呈轴向、细而长，当模具完全淬硬即无心淬火时，心部转变成比容最大的淬火马氏体，产生切向拉应力，模具钢的含碳量越高，切向拉应力就越大，当拉应力超过钢的强度极限时，纵向裂纹就越大。以下因素会进一步加剧纵向裂纹的形成： （1）钢中含有较多的S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质在轧制时沿钢锭轧制方向纵向偏析分布，易产生应力集中而形成淬火纵向裂纹，或原材料轧后快速冷却而产生的纵向裂纹未被加工掉而残留在产品中，导致最后淬火时裂纹扩展形成纵向裂纹； （2）模具尺寸处于该钢的淬火敏感尺寸范围内（碳素工具钢的淬火危险尺寸为8～15mm，中、低合金钢的危险尺寸为25～40mm）或所选用的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时，就容易形成纵向裂纹。

预防措施：（1）严格进仓原材料检验，不投入有害杂质超标的钢材生产；（2）尽量采用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔模具钢；（3）改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧的盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火；（4）改无心淬火为中心淬火即不完全淬火，可获得韧性较高的下贝氏体组织等，大大降低了抗拉应力，可有效避免模具的纵向开裂和淬火畸变。

横向裂纹

裂纹特征为垂直于轴向，对于未淬硬模具，在淬硬区与未淬硬区过渡处存在较大的拉应力峰，大型模具快速冷却时易形成较大的拉应力峰，锻造模块中S、P、***、Bi、Pb、Sn、As等熔点较低的有害杂质的横向偏析或模块内存在横向微裂纹，淬火后裂纹扩展形成横向裂纹。

预防措施：（1）模块应合理锻造，其长度与原材料直径之比即锻造比最好在2～3之间，锻件应采用双十字形换向锻造，钢材经五次镦粗、五次拔长、多火锻造而成。锻件的碳化物及杂质细小，均匀分布于钢基体中，锻造后的纤维组织呈无向性分布于型腔四周，大大提高了模块的横向力学性能，减少和消除了应力源； （2）选择理想的冷却速度及冷却介质：在钢的Ms点以上采用快速冷却，即大于钢的临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为拉应力，相互抵消，有效地防止热应力裂纹的形成，钢的Ms-Mf之间采用慢冷，大大降低了形成淬火马氏体时的组织应力。当钢中热应力与相应应力之和为正值（拉应力）时，易淬火开裂，为负值时不易开裂。充分利用热应力，降低相变应力，控制总应力为负值，有效地避免横向淬火裂纹的产生。CL-1有机淬火介质是一种理想的淬火剂，能减少和避免淬火模具畸变，控制淬硬层的合理分布。通过调节CL-1淬火剂的不同浓度比，可以得到不同的冷却速度，从而获得所需的硬化层分布，以满足不同模具钢的需要。

电弧裂纹

它常发生在转角、缺口、孔洞、模具连接飞边及其他形状突然改变的地方。这是因为淬火时转角处产生的应力是光滑表面平均应力的10倍。另外，（1）钢中碳（C）含量和合金元素含量越高，钢的Ms点越低，Ms点每降低2℃，淬火开裂倾向增大1.2倍，Ms点每降低8℃，淬火开裂倾向增大1.2倍。（2）钢中不同组织的转变与相同组织的转变不是同时进行的，由于不同组织的具体公差不同，会引起巨大的组织应力，导致组织界面处产生弧形裂纹。（3）淬火后不能及时恢复到原来状态。钢中残余奥氏体未得到充分转变，在使用状态下残留，促使应力重新分布，或者模具服役过程中残余奥氏体发生马氏体转变，产生新的内应力，当其合成应力大于钢的强度极限时，就形成弧形裂纹；（4）第二类回火脆性钢，在淬火、高温回火、缓冷后，使钢中P、S等有害杂质化合物沿晶界析出，大大降低了晶界结合强度和韧性，增加了脆性，在使用过程中在外力作用下形成弧形裂纹。

预防措施：（1）改进设计，尽可能使形状对称，减少形状突变，增加工艺孔和加强筋，或采用组合装配；（2）用圆角代替直角、锐边，用通孔代替盲孔，以提高加工精度和表面光洁度，减少应力集中源，对于无法避免的直角、锐边、盲孔等，一般硬度要求不高，可以用铁丝、石棉绳、耐火泥等包裹或填充，人为地造成冷却屏障，让其缓慢冷却淬火，避免应力集中，防止淬火时形成弧形裂纹；（3）淬火钢应及时回火，消除部分淬火内应力，防止淬火应力扩大；（4）回火时间较长，提高模具的断裂韧性值；（5）充分回火，获得稳定的组织性能；多次回火可使残余奥氏体充分转变，消除新应力；（7）合理的回火，提高钢件的抗疲劳性能和综合力学性能；对于具有第二类回火脆性的模具钢，高温回火后应快速回火冷却（水冷或油冷），可消除第二类回火脆性，防止和避免淬火时产生弧形裂纹。

剥落裂纹

模具在使用过程中，在应力的作用下，淬火硬化层从钢基体上逐片剥落。由于模具表面与心部组织的比容不同，淬火时在表面形成轴向和切向淬火应力，在径向产生拉应力，应力向内突然变化，在应力急剧变化的狭窄范围内产生剥落裂纹。常发生在模具表面化学热处理后的冷却过程中。由于表面化学改性与钢基体相变不同步，造成内、外层淬火马氏体扩展不同步，同时产生较大的相变应力，使化学处理后的渗碳层从基体组织上剥落。如火焰表面淬火层、高频表面淬火层、渗碳层、碳氮共渗层、氮化层、硼层、金属扩散层等。化学扩散淬火后不宜快速回火，特别是在300~C以下的低温下快速加热，会使表面形成拉应力，而在钢基体心部及过渡层内则形成压应力，当拉应力大于压应力时，就会使化学渗透层发生撕裂、剥落。

预防措施：（1）模具钢化学渗层浓度和硬度应由表面向内部逐渐降低，以增强渗层与基体的结合强度，渗后进行扩散处理，可使化学渗层与基体的过渡均匀；（2）模具钢化学处理前进行扩散退火、球化退火及回火处理，充分细化原始组织，可有效防止和避免剥落裂纹的产生，保证产品质量。

网状裂缝

裂纹深度较浅，一般在0.01-1.5mm左右，呈放射状，又称开裂。其主要原因是：（1）原材料有较深的脱碳层，冷切时未清除干净，或加工完毕的模具放在氧化气氛炉内加热，造成氧化脱碳；（2）模具脱碳表层金属组织的碳含量、比容与钢基体中的马氏体不同，钢材脱碳表层淬火时，产生很大的拉应力，因此表层金属常沿晶界脱碳。（3）原材料为粗晶粒钢，原始组织粗大，有大块铁素体，用常规淬火无法消除而残留在淬火组织中，或温度控制不准确，仪器失灵，组织过热，甚至过烧，晶粒粗化，失去晶界结合力。模具在淬火冷却时，钢的碳化物沿奥氏体晶界析出，晶界强度大大降低，韧性差，脆性大，在施加拉应力时，在晶界下缘以网状形式开裂。

预防措施：（1）严格检查原材料的化学成分、金相组织和探伤，不合格的原材料和粗晶粒的钢材不宜做模具材料；（2）采用细晶粒钢材和真空炉钢材，生产前对原材料的脱碳层进行复检，冷切余量必须大于脱碳层深度；（3）制定先进合理的热处理工艺，选用微电脑控温仪表，控制精度达到±1.5℃，并定期现场校准仪表；（4）模具产品的最终加工采用真空电炉、保护气氛炉、全脱氧盐浴炉对模具产品进行加热等措施，可以有效防止和避免网状裂纹的形成。

冷处理裂纹

模具钢大部分为中、高碳合金钢，淬火后过冷奥氏体有一部分尚未转变成马氏体，以残余奥氏体形式残留在使用状态，影响使用性能，可促使残余奥氏体发生马氏体转变。因此冷处理的本质是淬火的继续，室温下的淬火应力与零度以下的淬火应力叠加，当叠加应力超过材料强度极限时，就形成冷处理裂纹。

预防措施：（1）淬火后，冷处理前，将模具放在沸水中加热30～60分钟，以消除15%～25%的淬火内应力和稳定残余奥氏体，然后进行-60℃常规冷处理，或进行-120℃深冷处理，温度越低，残余奥氏体转变为马氏体越多，但不可能全部转变。实验表明，约有2%～5%的残余奥氏体残留，可根据需要保留。少量的残余奥氏体可以缓和应力，起到缓冲作用。由于残余奥氏体软而韧，可以部分吸收马氏体的快速膨胀能量，缓解相变应力。（2）冷处理完成后，取出模具，放入热水中加热，可消除40%～60%的冷处理应力。加热到室温后应及时进行回火，以进一步消除冷处理应力，避免冷处理裂纹的产生，获得稳定的组织性能，保证模具产品在贮存和使用过程中不发生变形。

磨削裂纹

常发生在成品模具淬火、回火后磨削冷加工过程中，形成的细小裂纹大多垂直于磨削方向，深度约0.05～1.0mm。（1）原材料预处理不当，未充分消除原材料的块状物，（1）最终淬火加热温度过高，造成过热、晶粒粗大，残余奥氏体较多；（2）最终淬火加热温度过高，造成过热、晶粒粗大，残余奥氏体较多；（3）磨削过程中发生应力诱发相变，使残余奥氏体转变为马氏体，组织应力较大，且由于回火不充分，留有较多的残余拉应力，叠加在磨削组织应力上，或由于磨削速度、进给量较大及冷却不当，使金属表面的磨削热量急剧上升到淬火加热温度。随后磨削液冷却，造成磨削表面的二次淬火。多种应力的综合作用超过了材料的强度极限，导致表面金属产生磨削裂纹。

预防措施：（1）锻造原材料，进行双十字形反向镦锻多次，并经过四次镦锻、四次拉拔，使锻件纤维组织围绕型腔或轴线呈波浪形对称分布，利用最后一火的高温余热对原材料进行加热淬火后再进行高温回火，可充分消除块状、网状、带状、链状碳化物，并将碳化物细化至2-3级；（2）开发先进的热处理工艺，控制最终淬火残余碳化物中铁素体含量不超标；（3）淬火后及时回火，消除淬火应力；（4）适当降低磨削速度、磨削用量、磨削冷却速度，可有效防止和避免磨削裂纹的形成。

线切割裂纹

裂纹出现在调质模块在线切割过程中，此过程使金属表面、中间层及心部应力场分布状态发生改变，淬火残余内应力失去平衡而发生变形，在一定区域出现较大的拉应力，当拉应力大于模具材料的强度极限时，就会造成模具材料炸裂。裂纹为弧尾状刚性变质层裂纹。实验表明，线切割加工过程为局部高温放电和快速冷却过程，使金属表面形成树枝状铸态组织凝固层，产生600～900MPa的拉应力和厚度约0.03mm的高应力二次淬火白色亮层。裂纹产生的原因：（1）原材料中碳化物偏析严重；（2）仪器故障，淬火加热温度过高，晶粒粗大使材料的强度和韧性降低，脆性增加； （3）淬火工件未及时回火或回火不充分，造成残余内应力过大以及线切割加工过程中形成的新的内应力，导致线切割裂纹。

预防措施：（1）原材料入仓前严格检验，确保原材料组织成分合格，不合格的原材料必须进行重锻，粉碎碳化物，使化学成分、金相组织等符合技术要求后，方可投入生产。成品淬火、回火、线切割前必须留有一定的磨削量；（2）入炉前校准仪表，采用微机控温，控温精度±1.5℃，真空炉、保护气氛炉加热，严防过热和氧化脱碳；（3）采用分级淬火、等温淬火和淬火后及时回火，多次回火，充分消除内应力，为线切割创造条件；（4）制定科学合理的线切割工艺。

疲劳断裂

模具在使用过程中，在交变应力的反复作用下形成的微疲劳裂纹慢慢扩展，导致突然疲劳断裂。（1）原材料存在发丝、自尖、气孔、疏松、非金属夹杂、碳化物严重偏析、带状金相组织、块状游离铁素体等缺陷，破坏了基体组织的连续性，形成不均匀的应力集中。钢锭中112未消除，导致轧制时形成白点。Sn、As、S、P等有害杂质。钢中P易产生冷脆性，而S易产生热脆性，过量的S和P有害杂质易形成疲劳源。（2）化学扩散层过厚、浓度过大、渗层过度、硬化层过浅、过渡区硬度低等，都会导致材料疲劳强度急剧下降； （3）当模具表面粗糙，精度低，光洁度差，且有刀痕、刻字、划痕、碰伤等伤痕、腐蚀和麻面等时，也易引起应力集中，导致疲劳断裂。

预防措施：（1）严格选用材料，保证材料质量，控制Pb、As、Sn等低熔点杂质及S、P等非金属杂质含量不超标；（2）生产前进行材料检验，不合格的原材料不投入生产；（3）选用纯净度高、杂质少、化学成分均匀、晶粒细小、碳化物小、各向同性性能好、疲劳强度高等电渣重熔精炼钢，对模具表面进行喷丸处理和表面化学渗层变质强化处理，使金属表面产生预应力，抵消模具服役过程中产生的拉应力，提高模具表面疲劳强度；（4）提高模具表面的加工精度和光洁度；（5）提高化学渗层的厚度、浓度及化学扩散层厚度，采用微机控制。

应力腐蚀开裂

这种裂纹经常发生在使用过程中。金属模具由于发生化学或电化学反应，使组织从表面到内部受到破坏而产生裂纹，这就是应力腐蚀开裂。模具钢经过热处理后组织结构不同，抗腐蚀能力更强，最耐腐蚀的组织是奥氏体（A），最易受腐蚀的是屈氏体（T），其次是铁素体（F）、马氏体（M）、珠光体（P），所以，模具钢热处理不宜获得T组织。淬火钢虽然经过回火处理，但由于回火不完全，淬火内应力仍存在一定程度，模具在使用过程中也会在外力作用下损坏，产生新的应力，金属模具中凡有应力存在的地方，都会产生应力腐蚀开裂。

预防措施：（1）模具钢淬火后应及时​​回火，充分回火，并进行多次回火，消除淬火内应力；（2）模具钢淬火后不宜在350-400~C回火，因为T组织常在此温度下出现，若出现T组织则应对模具进行重新加工，并对模具进行防锈处理，提高耐腐蚀性能；（3）热作模具在使用前应进行低温预热，冷作模具在使用一段时间后也应进行低温预热。回火消除应力，不但可以防止和避免应力腐蚀开裂的发生，而且可以大大提高模具的使用寿命，一举两得，具有显著的技术经济效益。

结尾