在模具钢热处理中，淬火是一道常见的工序，但由于各种原因，淬火裂纹的产生有时在所难免，导致前功尽弃。分析裂纹产生的原因，然后采取相应的预防措施，具有显著的技术效益和经济效益。常见的淬火裂纹有10种。

1.纵向裂纹

裂纹呈轴向、细长状。当模具充分淬硬即无心淬火时，心部转变为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，产生的切向拉应力越大。当拉应力大于钢的强度极限时，就形成纵向裂纹。下列因素会加剧纵向裂纹的产生：

（1）钢中含有大量低熔点的有害杂质，如S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等。钢锭轧制时，沿轧制方向纵向偏析严重，容易产生应力集中，产生纵向淬火裂纹。轧后原材料快速冷却产生的纵向裂纹未被加工掉而残留在产品中，导致最终淬火裂纹扩展形成纵向裂纹。

（2）当模具尺寸处于该钢的淬火敏感尺寸范围内（碳素工具钢淬火危险尺寸为8～15mm，中、低合金钢淬火危险尺寸为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，容易形成纵向裂纹。

防范措施：

（1）严格进仓原材料检验，不将有害杂质超标的钢铁产品投入生产；

（2）尽量采用真空冶炼、炉精炼或电渣重熔模具钢；

（3）改进热处理工艺，采用真空处理热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热以及分析淬火、等温淬火；

（4）将无心淬火改为中心淬火，即不完全淬火，以获得强韧的下贝氏体组织等，可大大降低拉应力，有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。

2.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。大型模具在快速冷却时，易形成较大的拉应力峰。由于形成的轴向应力大于切向应力，因而产生横向裂纹。锻造模块中S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块内存在横向微裂纹，淬火后扩展形成横向裂纹。

防范措施：

（1）模块应进行合理锻造。原材料的长度与直径之比即锻造比最好在2～3之间。锻造时应进行双十字形换向锻造。经过多火五次镦锻和五次拉锻，使钢中的碳化物及杂质细小均匀地分布在钢基体中。锻造后的纤维组织呈无向性分布于型腔周围，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和冷却介质：钢在Ms点以上快速冷却，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，有效地防止了热应力裂纹的形成。钢的Ms-Mf之间缓慢冷却，大大降低了形成淬火马氏体时的组织应力。钢中热应力与相应应力之和为正值（拉应力）时，易产生淬火裂纹，为负值时，不易产生淬火裂纹。充分利用热应力，减少相变应力，控制总应力为负值，可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，还可以减少和避免淬火模具扭曲，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。

3.电弧裂纹

它常发生在模具的转角、凸台、刀痕、尖角、直角、缺口、孔洞、模具连接处飞边等形状突然变化处。这是因为淬火时这些处产生的应力是光滑表面平均应力的10倍。

（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8倍。

（2）钢材中不同组织转变和相同组织转变是不同时的，由于不同组织间具体公差的差异，引起巨大的组织应力，导致在组织界面处形成弧形裂纹；

（3）淬火后回火不及时，或回火不充分，钢中残余奥氏体未充分转变，在使用状态下残留，引起应力重新分布，或模具服役过程中残余奥氏体发生马氏体相变，产生新的内应力，当综合应力大于钢的强度极限时，就形成弧形裂纹；

（4）第二类回火脆性的钢。淬火后经高温回火，缓慢冷却，使钢中P、S等有害杂质化合物沿晶界析出，大大降低晶界结合强度和韧性，增加脆性，在使用过程中在外力作用下形成弧形裂纹。

防范措施：

（1）改进设计，使形状尽量对称，减少形状突变，增加工艺孔、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。对于无法避免直角、锐边、盲孔等的地方，硬度要求一般不高，可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包裹或填充，人为地造成冷却屏障，使其缓慢冷却淬火，避免应力集中，防止淬火时形成弧裂纹；

（3）淬火钢应及时进行回火，消除部分淬火内应力，防止淬火应力的扩大；

（4）延长回火时间，提高模具的断裂韧性值：

（5）充分回火，获得稳定的组织和性能；

（6）多次回火，使残余奥氏体充分转变，消除新应力；

（7）合理回火，提高钢件的抗疲劳性能和综合力学性能；

（8）对具有Ⅱ型回火脆性的模具钢，高温回火后应进行快速冷却（水冷或油冷），以消除Ⅱ型回火脆性，防止和避免淬火时产生电弧裂纹。

4. 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，径向产生拉应力，向内部突然转变，在应力快速变化的狭窄范围内产生剥落裂纹。这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的相变不同步，内外层淬火马氏体膨胀不同时进行，产生较大的相变应力，使化学处理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、渗硼层、金属化层等。化学渗层淬火后不宜快速回火，特别是300℃以下低温回火时快速加热，会使表面形成拉应力，而在钢基体心部及过渡层中形成压应力，当拉应力大于压应力时就会使化学渗层撕裂、剥落。

防范措施：

（1）模具钢化学渗层浓度和硬度应由表面向内部逐渐减小，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。

5.网络裂缝

裂纹深度较浅，一般约为0.01～1.5mm，且呈放射状，又称开裂。其主要原因有：

（1）原材料有较深的脱碳层，未通过冷却切削去除，或加工完成后的模具在氧化气氛炉中加热，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，因此表层金属常常沿晶界开裂成网状。

（3）原材料为粗晶粒钢，原始组织粗大，有大块铁素体，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，在拉应力作用下，沿晶界呈网状开裂。

防范措施：

（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）选用细晶粒钢、真空炉钢，生产前检查原材料的脱碳层深度，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，选用控制精度为±1.5℃的微机控温仪表，并定期对仪表进行现场校准；

（4）模具制品的最终处理采用真空电炉、保护气氛炉、全脱氧盐浴炉对模具制品进行加热，有效地防止和避免网状裂纹的产生。

6.冷处理裂纹

大部分模具钢都是中、高碳合金钢，淬火后有一部分过冷奥氏体没有转变成马氏体，以残余奥氏体形式残留在使用状态，影响性能。若放置到零度以下继续冷却，可以促使残余奥氏体发生马氏体转变。所以冷处理的本质就是继续淬火。室温下的淬火应力与零度以下的淬火应力叠加，当叠加的应力超过材料的强度极限时，就形成了冷处理裂纹。欢迎关注热处理生态圈！

防范措施：

（1）淬火后，冷处理前，将模具放入沸水中煮30～60分钟，以消除15%～25%的淬火内应力，使残余奥氏体稳定化。然后进行-60℃常规冷处理或-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%的残余奥氏体被保留。根据需要保留少量的残余奥氏体，可以松弛应力，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，缓和相变应力。

（2）冷处理完成后，将模具取出放入热水中加热，可消除40%-60%的冷处理应力。加热到室温后应及时回火，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。

7. 磨削裂纹

它常发生在成品模具调质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，深度约为0.05-1.0mm。

（1）原材料预处理不当，未充分消除原材料中的块状、网状、带状碳化物，出现严重脱碳现象；

（2）最终淬火加热温度太高，出现过热，晶粒粗大，生成较多的残余奥氏体；

（3）磨削过程中发生应力诱导相变，使残余奥氏体转变为马氏体，产生较高的组织应力。加之回火不充分，留有大量的残余拉应力，叠加在磨削组织应力上。或由于磨削速度高、进给量大、冷却不当，使金属表层磨削热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，使表层金属产生磨削裂纹。

防范措施：

（1）原材料经多次双十字形逆向镦锻、拉锻，经四次镦锻、四次拉锻后，锻造出的纤维组织呈波浪形绕型腔或轴线对称分布。利用最后一火高温余热进行淬火，随后进行高温回火，可充分消除块状、网状、带状、链状碳化物，将碳化物细化至2-3级。

（2）开发先进的热处理工艺，控制最终淬火残余奥氏体含量不超标；

（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，可以有效防止和避免磨削裂纹的产生。

8. 线切割裂纹

该裂纹出现在调质处理后的模块线切割加工过程中，此过程改变了金属表面、中间层及心部的应力场分布状态，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，当此拉应力大于模具材料的强度极限时，就导致裂纹的爆裂，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及快速冷却过程，在金属表面形成树枝状铸态组织凝固层，产生600～900MPa的拉应力及厚度约0.03mm的高应力二次淬火白色亮层。

裂缝产生的原因：

（1）原材料中存在严重的碳化物偏析；

（2）仪器故障，淬火加热温度过高，晶粒粗大，材料强度和韧性降低，脆性增大；

（3）淬火工件未及时回火或回火不充分，存在过大的残余内应力与线切割加工过程中形成的新的内应力叠加，导致线切割裂纹。

防范措施：

（1）原材料入库前要进行严格检验，确保原材料成分合格。不合格的原材料必须经过锻造、碳化物破碎等处理，确保化学成分、金相组织符合技术要求后才能投入生产。成品在模块热处理前，必须经过一定量的磨削加工后进行淬火、回火、线切割等处理。

（2）入炉前要校准仪表，采用微电脑控温，控温精度±1.5℃，采用真空炉、保护气氛炉加热，防止过热和氧化脱碳；

（3）采用分级淬火、等温淬火及淬火后及时回火，多次回火，充分消除内应力，为线切割加工创造条件；

（4）制定科学合理的线切割工艺技术。

9.疲劳裂纹

模具在使用过程中，在交变应力的重复作用下形成的微疲劳裂纹慢慢扩展，导致突然的疲劳断裂。

（1）原材料存在金相组织缺陷，如发纹、自尖、疏松、非金属夹杂、碳化物严重偏析、带状组织、块状游离铁素体等，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得不到消除，导致轧制时产生白点。钢中含有Bi、Pb、Sn、As、S、P等有害杂质，钢中P易产生冷脆性，S易产生热脆性，S、P等有害杂质含量过高，易形成疲劳源；

（2）化学扩散层过厚、浓度过高、扩散层过多、硬化层过浅、过渡区硬度低均会导致材料的疲劳强度急剧下降；

（3）当模具表面加工粗糙，精度低，光洁度差，以及存在刀痕、刻痕、划痕、碰伤、腐蚀等缺陷时，易引起应力集中，导致疲劳断裂。

防范措施：

（1）严格选材，保证质量，将Pb、As、Sn等低熔点杂质和S、P等非金属杂质含量控制在标准范围内；

（2）生产前进行材料检验，不合格的原材料不会投入生产；

（3）选用纯度高、杂质少、化学成分均匀、晶粒细小、碳化物小、各向同性性能好、疲劳强度高的电渣重熔精炼钢。对模具表面进行喷丸、表面化学扩散层变质强化处理，使金属表面产生预应力，以抵消模具服役过程中产生的拉应力，提高模具表面的疲劳强度；

（4）提高模具表面的加工精度和光洁度；

（5）改善化学渗层和硬化层的组织和性能；

（6）采用微机控制化学扩散层厚度、浓度、硬化层厚度。

10.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。模具钢因热处理后组织不同，其耐腐蚀性能也不同。最耐腐蚀的组织是奥氏体（A），最易腐蚀的组织是屈氏体（T），其次是铁素体（F）、马氏体（M）、珠光体（P）、屈氏体（S）。因此，模具钢热处理不宜获得T组织。淬火钢虽然经过回火处理，但由于回火不充分，淬火内应力或多或少仍然存在。模具在使用过程中，在外力作用下，又会产生新的应力。金属模具中只要有应力存在，就会产生应力腐蚀开裂。

防范措施：

（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）模具钢淬火后一般不宜在350-400℃回火，因为在此温度下常出现T组织，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）热作模具在使用前进行低温预热，冷作模具在使用一段时间后进行低温回火消除应力。这样不仅可以防止和避免应力腐蚀裂纹的产生，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。