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1、模具热处理缺陷分析及预防摘要：论述了模具热处理的工艺概况,对模具钢的热处理缺陷进行了分类分析,并提出了预防措施。关键词：模具钢热处理缺陷1 模具热处理工艺概述模具的热处理包含了预备热处理、最终热处理及表面强化处理。预备热处理是为了改善模具钢的切割加工性能及为最终热处理打基础的各种退火、正火、调质或其它组合处理方法;最终热处理是指用以使模具获得高强度、高硬度、良好的耐磨性及冲击韧性的淬火回火工艺;而模具的表面强化处理则是用物理或化学方法对模具工作面进行改性处理,从而使模具工作面进一步得到强化,使其不仅具有更
2、高的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性,同时更具有高的抗疲劳、抗咬合、抗粘连、抗擦伤、耐腐蚀等优良性能的一种处理方法。模具钢的热处理与其它钢种的热处理相比有很大不同,其原因有4个:1.不同的热处理方法对模具寿命的影响很大;2.模具热处理的质量要求较高;3.模具中包含了形形色色极其复杂的零部件,需要充分考虑热处理缺陷(如淬裂、扭曲弯曲变形、硬度不足等等);4.模具的生产一般为单件生产,要求100%成功。因此与结构钢制成的机械零件相比,模具钢的热处理要求较高的技术水平。2 模具热处理缺陷概述通常热处理缺陷是指模具在
3、最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷,如淬裂、置裂、变形超差、硬度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的早期破坏等。其实,上述的种种缺陷并不完全是由热处理因素造成的,例如,由于结构设计不当,原材料选择不当,或原材料自身缺陷及锻造质量低劣均会造成隐患,经热处理后,也会出现上述各种缺陷。随着模具制造技术的飞速发展及无损检测技术在模具制造领域的广泛应用,模具制造中的各种缺陷已逐步得到了定性分析,这对于积极预防各种缺陷的产生,大力提高模具制造质量和使用寿命必将产生积极的影响。从热处理角度去分析
4、各种缺陷产生的原因并提出预防措施是理性的和明智的。3模具热处理缺陷的分类分析3.1淬裂是模具零部件最常见的致命缺陷,已淬裂的工件,全部须报废,无任何补救措施。淬裂的原因及预防措施见表1,图1为防止淬裂的形状效应。3.2 硬度不足硬度不足是模具钢热处理常见缺陷之一。在通常情况下,硬度不足的工件可以重新淬火,重新淬火前需作正火处理,重新淬火时的温度要比第一次淬火温度低(取下限)。硬度不足的原因及预防措施见表2。3.3 变形超差变形是工模具热处理最常见最普遍的缺陷,也是其它机械零件最常见的缺陷。事实上,在机械制
5、造中,热处理的淬火变形是绝对的,而不变形才是相对的。换句话说,只是一个变形大小的问题。3.3.1马氏体相变具有表面浮凸效应钢铁材料的淬火是为了获得较高强度、硬度、耐磨性及一定冲击韧性的马氏体组织,而马氏体相变是一种无扩散型组织转变。它是通过新相(过饱和α固溶体)在惯习面上对母相(γ固溶体)的切变形成的,通过切变,使具有面心立方点阵的奥氏体转变为具有体心立方点阵的马氏体,这种具有体心正方点阵的马氏体因为固溶了过饱和的碳原子,从而使晶格常数发生了剧烈的畸变,因此,马氏体相变具有浮凸效应。3.2.2淬火是一个热
6、态工件急剧冷却过程,由于工件的截面效应,使工件表层到心部的冷却速度不一致,形成温度差,导致体积的胀缩不均,从而引起钢件不均匀塑性变形。同时由于温差的影响,引起组织转变的不同步,也使钢件产生不均匀塑性变形。如果钢件是一个完全弹性体,应力因弹性变形而松驰,冷却到温差消失时,弹性恢复,则不会留下残留应力。由此可见,钢件之所以有残留应力,乃是不均匀塑性变形的结果。3.3.3相变体积效应引起的变形相变引起比容的变化,使得工件的体积在各个方向上作均匀的胀缩。马氏体形成时体积的变化与碳含量的关系见表3,表4是钢件淬火时
7、的体积变化计算值。3.3.4预防变形的措施预防热处理变形(尺寸变化和形状变化)是一项非常困难的工作,在许多情况下,不得不依靠经验加以解决。这是因为不仅钢种和模具形状对热处理变形有影响,不当的碳化物分布状态及锻造和热处理方法同样会引起或加剧,而且在热处理诸多条件中,只要某一条件发生变化,钢件的变形程度就会有很大变化。尽管在相当长时间还主要靠经验和试探法去解决热处理变形问题,但正确掌握原材料锻造、模块取向、模具形状、热处理方法与热处理变形的关系,从已经积累的实际数据中去把握热处理变形规律,建立有关热处理变形的
8、档案资料,却是一项极有意义的工作。图2是几种冷作模具钢的回火温度与尺寸变化率的关系。表5是防止热处理变形的办法。图2 4种模具钢的回火温度与尺寸变化率的关系3.4脱碳脱碳是由于钢件在加热或保温时,因周围气氛的作用,使表面层部分的碳全部或部分丧失的现象和反应。钢件的脱碳不仅会造成硬度不足、淬裂和热处理变形及化学热处理缺陷,而且对疲劳强度、耐磨性及模具性能也有很大影响。脱碳的预防措施见表1。3.5放电加工引起的裂纹在模具制造中,采
