近年来，我国的模具工业发展迅速，每年以15%的速度向前挺进。由于人才匮乏，技术落后，模具制造周期长，质量差，成本高，模具寿命不尽人意。据统计分析，在模具失效诸多因素中，材料和热处理因素约占70%，其中裂纹就占了大头，所以研究和解决裂纹问题，很有现实意义和经济价值。以下结合作者个人体会，谈谈模具生产制造中的裂纹问题。
原材料裂纹
按理讲，模具材料出厂都应该进行探伤等手段检查裂纹，但由于市场不规范，假冒伪劣猖獗，原材料裂纹屡见不鲜，经销商虽作索赔，但浪费了不少口舌或贻误了战机。
模具材料已有国家标准和行业标准有GB/T 1299—2000《合金工具钢》、GB/T 9943—20008《高速工具钢》、JB/T 0057—1992《塑料模具成型部分用钢及其热处理技术条件》、YB/T 094—1997《塑料模具用扁钢》、YB/ T 107—1997《塑料模具热轧厚钢板》、YN/T 129—1997《塑料模具钢模块技术条件》等。
这里应该特别指出的是原材料表面拉丝痕迹或轧制痕迹深度往往会超过上述标准中的规定，在热处理前一定要它们切削加工掉，否则在淬火时有可能成为裂纹源。特别是圆冲头、冲棒之类的模具，制造厂往往为了节约原材料，加工余量过小，结果将得不偿失。
原材料碳化物不均匀度超标、大块碳化物、碳化物堆积等在淬火时应更加防范，否则有可能产生裂纹。
锻造裂纹
不少模具都要经过改锻，实践证明，锻造裂纹实例不少，特别是高合金、高速钢模具锻造退火后，除检查金相、硬度外，对表面质量应严格把关。热处理专业厂对外来锻造模具，应指派有实践的师傅检查裂纹,如原本已裂，一旦经淬火处理，明明不是热处理之过，但也很难证明自己是清白的。虽然可以分析是火前过失，但客户不一定认帐。
锻造致裂的因素有10多个方面，我们热处理工作者一定要了解锻造裂纹产生的原因及其部位，并会检查，这样可以省去很多麻烦。
预处理裂纹
为了提高模具的寿命，有些企业采用正火、球化退火或调质。前者是不会产生裂纹的。调质有可能致裂。模具材料的含碳量大多在0.60%以上，淬火时获得的组织以片状马氏体为主，这种马氏体片与片之间大致呈50°夹角，而且马氏体片在瞬时形成时以1500～2000m/s的速度与相邻的马氏体片发生撞击。这种马氏体片薄而长，脆性大，极易形成“穿片型”显微裂纹。
这种裂纹即使在700℃左右长时间高温回火，也不能使之愈合。对于模具钢要不要调质处理，国内外学者观点不一。日本田村今男认为，对于模具钢，尤其是高碳模具钢，最多只能重淬一次。原因是每淬火一次，便会产生一批量显微裂纹。按照此理论推断，先调质后淬火，实质上是一种重复淬火的实施过程。所以这种工艺规范极易在最终淬火时产生宏观的热处理裂纹。有人曾对CrWMn钢作缺口开裂敏感性试验，证明确有这种倾向。
由此看来，为了减少最终热处理淬火开裂，预处理应慎施调质工艺。如果模具设计得相当复杂而其毛坯必须施以调质时，也应该改变传统的高淬高回工艺，而应采取较低的淬火温度，或者采用等温淬火或分级淬火，防止发生裂纹。
在涉及模具重复淬火致裂问题时，还有一个问题不可小视，就是返工模具的再淬火，不管是由于硬度低或变形超差之故造成的返工，都应该把返工原因找准，并制订防犯措施，不让错误重演。因为重淬，不仅会产生开裂，更重要的是和节能减排方针背道而弛。
淬火开裂
据不完全统计，淬火裂纹占热处理废品40%～50%，所以研究和解决淬火裂纹对提高模具寿命，增加经济效益有现实意义。
在热处理过程中发现的裂纹，不一定都是热处理所为，诸如原材料裂纹、锻造裂纹、焊接裂纹、酸洗裂纹，以及后续的磨削裂纹、线切割裂纹等。这里所述的裂纹，纯属淬火所致，如果没有被淬上火，就不会产生裂纹。
1 .淬火裂纹发生的部位
淬火裂纹大多发生在工件的尖角、阶梯部位、壁厚突变处、孔洞、键槽、锻模的分型面等地方。另外，过深的切削痕、冲压痕、钳工划线过深等应力较集中的位置也容易形成淬火裂纹。
2. 淬火裂纹的类型及特征
模具淬火时，由于多种因素的影响，进行组织转变时形成的内应力是比较复杂的，所以产生的裂纹也是千姿百态，但可概括为五大类。
（1）纵向裂纹。
这种裂纹最常见，它是从工件的表面向心部发展，其部分方向沿工件的纵向。这种裂纹一般比较深，而且比较直、长，常发生于完全淬透的截面尺寸较大的高合金模具和截面尺寸6～20mm碳钢件。
（2）弧形裂纹。
这种裂纹首先产生于工件的内部，即在淬硬层与未淬硬层至高硬度的心部之间受拉力作用的部位，随后发展至表面，对未完全淬透截面尺寸较大的高碳钢零件，常发生这种弧形裂纹，工件有尖角、边孔和凹槽，也会发生掉角的弧形裂纹。高碳钢板状工件，如淬火冷却产生软点，其周边产生很大的拉应力，也可能引起弧形裂纹。
（3）网状裂纹。
这种裂纹位于淬火件的表面，深度较浅，一般1mm左右，裂纹的分布与工件的形状无关。表面脱碳的高碳钢工件，淬火后易形成此类裂纹。
（4）剥层裂纹。
这类裂纹常发生于渗碳淬火件和高频淬火件。裂纹沿淬硬层的过渡区域在淬硬层形成，因而它的分布是平行于表面，严重时造成表层剥落。
（5）显微裂纹。
这种裂纹与上述四种裂纹不同，它分布在晶界上或马氏体针的交界处，它虽不能导致工件形成宏观裂纹，但会显著降低钢的强度和韧性，使模具在使用过程中早期失效。
3. 淬裂原因分析
工件在淬火时必然会产生较大的内应力，此应力就是急冷的热应力与马氏体相变组织应力两者和（但不等两者相加）。热应力产生于奥氏体化温度（TA）至马氏体开始转变点（MS）的不均匀急冷，而组织应力则有马氏体转变MS→Mf产生的。如果综合应力超过了钢的抗断裂强度极限时，则就会发生淬裂。
在TA→MS间由于急冷不均匀，冷却慢的部位受到压缩作用，而产生拉应力，与此相反，在TA→MS之间的冷却不均匀，冷却慢的部位受到拉伸作用，而产生压应力。这种拉伸和压缩作用，存在与工件缺口或凹槽部位，就有可能引起淬裂。如果没有缺口、凹槽这些应力较集中的地方，即使有应力也不一定会淬裂。
通过改善工件的形状和优化冷却工艺，可以减轻工件表面冷却的不均匀性，而消除零件内、表冷却的不均匀性，对于较小或很小模具，或许能做到，但一般情况下几乎不可能。为达到此目的，除在MS→Mf间缓冷外，别无他法。为了淬硬，必须在TA→MS间快冷，而在MS→Mf间缓冷，从而达到既可淬硬又无开裂的淬火目的。
即使材质完全一样，但制成的模具形状各异，淬火效果大不相同。另外，在实验室进行淬火，淬裂的几率很小，是由于单件淬火相对均匀，而批量淬火，淬裂现象彼彼皆是，而不用夹具改为单件淬，又不会淬裂。这些现象足以说明，淬裂是由于冷却不均匀造成的。任何类型的淬裂，都是在拉应力的作用下产生的，因此，完全可以这样说，淬火件内部存在较大的拉应力，是促使裂纹的主要危险。
4. 防止淬裂的主要措施
以往在分析淬裂原因时，往往会罗列一大堆现象，把能产生裂纹的原因都列出来，眉毛胡子一把抓，重点不突出，淬裂的真正原因找不准，甚至搞错，“冤假错案”时有发生。
鉴于淬裂是在淬上火的部位，急冷不均匀形成应力是根本原因的事实，应在TA→MS区间均匀急冷是先决条件，这一点非常重要，但要做到，谈何容易？如果在MS附近的某个时候控制冷却，使之有快冷转为慢冷，由收缩转为伸展，且能均匀冷却，那就不会引起淬裂，就是人们常用的分级淬火和等温淬火。
MS点以下切忌急冷，应予缓冷。缓冷接近于均匀冷却，能减少拉应力，使裂纹难于形成。水淬被公认为淬裂的元凶，实在是冤枉，假如能作到均匀冷却，即使水淬也不会开裂，如喷射淬火等。
在生产现场，我们经常看到，人们对预料会淬裂的部位，采用堵耐火泥或塞石棉等缓冷办法，对减少和防止淬裂有一定的作用，然而，这只是消极的办法，最根本的措施应在淬火介质上做文章，如控制淬火油的温度就收到成效。
淬火裂纹是在冷却过程中产生和发展起来的，所以正确地选择淬火介质，了解各种模具的冷却特性，使之在比较理想的介质中冷却，是解决淬火裂纹的根本途径。
磨削裂纹
磨削裂纹的形状与磨削方向、模具的几何形状、金相组织有密切的关系。平行的裂纹与磨削的方向成90°，网状裂纹一般沿晶界或网状碳化物处分布，放射性裂纹多见于模具的凹坑夹角处。
有人曾做过磨削的颜色—磨削后的硬度—磨削开裂的模拟试验。对于碳素工具钢来说，当工件表面因磨削热而氧化成深蓝色氧化膜时，其表面硬度比未磨削者低2HRC左右。并且当磨削表面由蓝色转变成平行相间的焦褐色条纹时，工件浅表面便有与这些条纹方向一致的互相平行的微裂纹出现,这些焦褐色的条纹或裂纹都跟磨削方向相垂直。对于高合金模具来说，情况就复杂一些。当模具内有严重的碳化物偏析带、或沿晶界析出有严重的碳化物、或有较多的残留奥氏体时，都能使工件在正常的磨削条件下出现磨削裂纹。
磨削裂纹一般都是人为造成的，概括起来有如下几个方面：
（1）吃刀量大。现在都是计件工资，为了在单位时间内多干一点活，素质不高的操作者有时会加大切刀量，造成瞬时温度高升，内部组织发生变化并产生热应力。
（2）走刀速度过慢 实践证明，在同样进给情况下，走刀速度慢热量不易散出，容易造成磨退火甚至磨裂。
（3）砂轮钝化。砂轮使用一段时间必须打磨，如果不及时修磨必然会钝化，此时只能在模具表面产生磨擦，其动能大部分转变成热能，使模具被磨退火甚至磨裂。
（4）冷却方法。有些干磨不加冷却液，也有湿磨的。如果运用不当，如被磨表面温度很高时，突然用冷却液或停止冷却，因急速热胀冷缩产生的应力可能致裂。
（5）回火不良。回火不合格的模具组织中有较多的残留奥氏体，在磨削过程中残留奥氏体有向马氏体转变的倾向，体积膨胀导热性差。容易造成磨裂。
除上述5种原因外，还有一些非正常因素，只要认真对待，完全可以避免或减少磨裂现象。
电加工裂纹
点火花加工最适合于非回转体的复杂型腔模具，但是，不当的点火花加工也会使模具产生开裂。线切割大量用于模具加工，产生开裂现象较多，主要原因有三方面：
（1）被切割表面产生二次淬火层，其厚度约0.01～0.05mm；
（2）模具内部的显微裂纹是诱发模具线切割开裂的因素；
（3）线切割造成的人为创伤，更容易导致应力集中，终至开裂。
为了减少和避免电加工产生的开裂，设计人员、热处理、电加工人员要相互配合，热处理尽量采用分级淬火等温淬火，回火一定要充分，有条件的单位建议采用冰冷处理，将残留奥氏体降低最低限。
其他裂纹
除了上述6种因素外，模具在生产制造过程中，还有一些因素会致裂。如高硬度模具酸洗时，操作不当，裂纹现象也是不少的。笔者认为，56HRC以上的模具不可以酸洗，应用水煮、水喷砂等方法去除表面赃物。60HRC以上的小模具，且有沟、槽、孔的模具，不宜用1470N（150kgf）负荷检查硬度，应用HRA或表面洛氏硬度计检测，因为打HRC致裂的先例不少，应引起重视。
尽管在生产制造过程有这么多因素使模具致裂，但只有我们认真对待，并把好容易致裂每道关卡，就完全使模具不开裂、高寿命。世上无难事，只怕有心人。
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