模具常規(guī)熱處理缺陷分析及預(yù)防措施

1、學(xué)術(shù)論壇2009NO.36ScienceandTechnologyInnovationHerald科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)模具常規(guī)熱處理是淬火和回火,常見缺陷有軟點(diǎn)與硬度不足、變形超差和各種裂紋,其產(chǎn)生原因復(fù)雜,預(yù)防措施也多種多樣。1 軟點(diǎn)或硬度不足(1模具表面存在氧化皮或局部脫碳。分析:表面氧化皮、銹斑和局部脫碳,都會(huì)造成奧氏體含碳量降低,淬火后馬氏體硬度偏低。措施:妥善保護(hù)模具表面,防氧化銹蝕;熱處理前去除氧化皮或銹斑;在箱式爐加熱時(shí),用鐵盤裝木炭對(duì)模具進(jìn)行防脫碳保護(hù),或使用防氧化涂料;精密模具應(yīng)盡量在真空電爐、保護(hù)氣氛爐中加熱。(2冷卻介質(zhì)老化嚴(yán)重或雜質(zhì)過(guò)多。分析:過(guò)多的雜質(zhì),易粘附在模具表面,介質(zhì)

2、老化冷卻特性發(fā)生變化,兩者均影響局部冷卻效果,導(dǎo)致模具表面軟點(diǎn)。措施:合理選擇冷卻介質(zhì),要有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性和冷卻速度;周期過(guò)濾或更新冷卻介質(zhì),并保持槽內(nèi)冷卻介質(zhì)適量。(3淬火、回火溫度不符合工藝要求。分析:淬火溫度過(guò)高或過(guò)低、回火溫度過(guò)高,都會(huì)導(dǎo)致模具硬度不足。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐,我國(guó)模具鋼熱處理淬火回火工藝參數(shù)是成熟的,生產(chǎn)中溫度不當(dāng)?shù)脑蛞话闶强販叵到y(tǒng)故障,或爐膛溫度均勻性不符合要求。此外模具擺放不合理,熱傳導(dǎo)和熱輻射受阻也會(huì)造成加熱溫度過(guò)低。措施:經(jīng)常檢查溫控系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理;加熱前檢查爐膛溫度均勻性,裝爐時(shí)模具盡量放置在爐膛中部溫差小的區(qū)域,擺放間隔應(yīng)合理。(4淬火冷卻操作不當(dāng)。

3、分析:冷卻操作不當(dāng),一是模具從加熱爐取出至入槽時(shí)間過(guò)長(zhǎng),模具熱量損失過(guò)多導(dǎo)致淬火溫度過(guò)低,二是冷卻介質(zhì)攪拌不充分,影響模具冷卻效果。措施:模具出爐入槽動(dòng)作要迅速,體積越小的模具操作應(yīng)越快捷;模具須分散入槽冷卻,切忌批量或捆綁入槽;通過(guò)加強(qiáng)攪拌或添加冷卻介質(zhì)等手段,保持介質(zhì)合適溫度,一般水介質(zhì)溫度控制在30以下,油介質(zhì)溫度控制在6080。(5加熱過(guò)程中表面脫碳。分析:由于周圍氣氛的作用或保護(hù)不當(dāng),模具鋼加熱或保溫時(shí)容易脫碳,表層奧氏體固溶度降低,導(dǎo)致淬火馬氏體硬度不足。措施:防止模具表面脫碳,采用真空爐加熱、可控氣氛加熱等先進(jìn)的加熱方式;用鹽浴爐加熱時(shí)要充分脫氧;用箱式爐加熱時(shí)須采取保護(hù)措施,如

4、放置木炭、涂保護(hù)膜等;適當(dāng)加大機(jī)加工余量,但這可能使模具制造成本攀升,應(yīng)酌情處理。2 模具變形超差(1模具材料存在碳化物偏析。分析:碳化物的膨脹系數(shù)比基體材料的小約30%,模具鋼中如果含有呈帶狀和塊狀分布的大量共晶碳化物,加熱和冷卻時(shí)因膨脹和收縮不同步而受阻變形,因此模具圓孔部位,易產(chǎn)生橢圓變形。措施:采用多次鐓拔多火雙十字形變向鍛造,并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,鍛造增強(qiáng)碳化物分布均勻性,消除各向異向性,調(diào)質(zhì)熱處理可獲得細(xì)小和彌散的索氏體組織;不便于變向鍛造處理的模具,可采用固溶雙細(xì)化處理;合理選用模具鋼,如精密模具盡量選用空淬鋼等微變形鋼。(2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)熱加工影響考慮不周。分析:模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往

5、考慮機(jī)加工過(guò)程和最終使用功能因素多,而對(duì)熱處理過(guò)程中的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力因素影響考慮欠少,例如對(duì)模具結(jié)構(gòu)上的突變臺(tái)階、孔洞等,如果設(shè)計(jì)不合理,模具在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的作用下極易導(dǎo)致變形超差。措施:合理進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的熱處理技術(shù)人員參與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,在滿足使用功能的情況下,模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量對(duì)稱,厚度尺寸應(yīng)避免懸殊和突變,交界處應(yīng)盡可能采用平滑過(guò)渡等。(3過(guò)大的殘余應(yīng)力未得到釋放。分析:機(jī)加工余量大的模具殘余應(yīng)力相應(yīng)較大,與淬火后的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加后,加劇了模具的變形。措施:及時(shí)消除機(jī)加工應(yīng)力,在機(jī)械精加工前進(jìn)行一次去應(yīng)力退火處理,工藝為400保溫23小時(shí)。(4淬火加熱速度過(guò)快

6、。分析:加熱速度越快,模具表面與心部的溫度差別越大,在鋼的相變點(diǎn)以下產(chǎn)生的熱應(yīng)力和相變溫度以上產(chǎn)生的組織應(yīng)力都相應(yīng)增大,因此模具變形也大。措施:增加預(yù)熱工序,低合金鋼模具可在550620進(jìn)行一次預(yù)熱,高合金剛模具可在550620和800850二次預(yù)熱;控制加熱速度與合理選擇加熱設(shè)備相結(jié)合,例如復(fù)雜模具在鹽浴爐加熱淬火變形就比真空熱處理變形大得多。(5加熱溫度選擇偏高。分析:淬火加熱溫度越高,晶粒越趨長(zhǎng)大,淬透性增加,從而組織應(yīng)力越大,再加上淬火后殘留奧氏體量增多,促進(jìn)了模具的變形。措施:合理選擇加熱溫度,在保證模具技術(shù)條件的情況下盡量選用下限淬火加熱溫度。(6殘留奧氏體的影響。分析:因奧氏體的

7、比容最小,殘留奧氏體量越多則發(fā)生的體積收縮量越大,模具變形越大,因此高合金鋼模具淬火低溫回火后往往伴有明顯的體積收縮。措施:適當(dāng)降低淬火溫度和提高回火溫度;淬火后進(jìn)行冷處理。3 模具淬火裂紋(1鋼中低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)嚴(yán)重偏析。分析:鋼中含有較多S、P等低熔點(diǎn)有害雜質(zhì),沿軋制方向呈縱向分布易產(chǎn)生縱向裂紋,如保留于模具產(chǎn)品中則加劇淬火裂紋擴(kuò)大。措施:選用優(yōu)質(zhì)模具鋼材;合理鍛造;加強(qiáng)入庫(kù)原材料金相分析。(2淬火應(yīng)力過(guò)大。分析:當(dāng)模具完全淬透時(shí),心部馬氏體轉(zhuǎn)變導(dǎo)致體積膨脹,在模具表面產(chǎn)生切向拉應(yīng)力,含碳量越高,固溶化越充分,淬火產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力越大,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限時(shí)模具則開裂。措施:變完全淬透的

8、無(wú)心淬火為不完全淬透的有心淬火,可顯著降低拉應(yīng)力,獲得強(qiáng)韌性高的下貝氏體組織;采用保護(hù)氣氛加熱、真空加熱及等溫淬火或分級(jí)淬火。(4模具結(jié)構(gòu)不合理。分析:模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,熱應(yīng)力和組織應(yīng)力過(guò)于集中而往往產(chǎn)生弧形裂紋,如果加上回火不及時(shí)或不充分,在應(yīng)力作用下極易導(dǎo)致模具開裂報(bào)廢。措施:優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計(jì),或采用組合裝配;淬火后須及時(shí)回火,可酌情多次回火或較長(zhǎng)時(shí)間回火。(5脫碳層比較嚴(yán)重。分析:淬火組織轉(zhuǎn)變使得脫碳層產(chǎn)生大的拉應(yīng)力,表層金屬易被沿晶界拉裂,因此模具表面往往呈現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。措施:適當(dāng)增加機(jī)加工余量,檢查和控制脫碳層深度;選用合適的加熱爐或采取保護(hù)措施防止脫碳。4 結(jié)語(yǔ)模具制造成本高,往往不容許出現(xiàn)廢品,生產(chǎn)中有針對(duì)性采取預(yù)防措施可以大幅降低模具熱處理缺陷,提高工效和模具質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1胡昌盛.模具材料及熱處理手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2008,4.2趙步青.模具熱處理工藝500例.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.模具常規(guī)熱處理缺陷分析及預(yù)防措施吳先紅(宜昌茂明工具制造有限公司湖北宜昌443004摘要:模具熱處理常見缺陷有軟點(diǎn)與硬度不足、變形超差和裂紋,如何控制這三大缺陷是熱處理研究的永恒課題。本文對(duì)模具常規(guī)熱處理時(shí)產(chǎn)生軟點(diǎn)與硬度不足、變形超差和裂紋的原因進(jìn)