熱處理對(duì)模具失效的影響及對(duì)策

1、熱處理對(duì)模具失效的影響及對(duì)策 材料工程系 朱三武摘要 模具作為昂貴的機(jī)械加工裝備，如何減少損耗，延長(zhǎng)其使用壽命，成為技術(shù)人員普遍面臨的課題。本文就熱處理對(duì)模具的影響提出一些個(gè)人看法，僅供大家參考。關(guān)鍵詞 模具 失效 熱處理一、模具失效的形式、原因及對(duì)策失效形式特 征原 因?qū)?策斷 裂1、多產(chǎn)生在刃口及工作面處；2、截面變化應(yīng)力集中（斷口平齊，晶粒色異）。1、設(shè)計(jì)不合理；2、模具及沖床調(diào)整不當(dāng)；3、操作不慎；4、熱處理原因。1、改進(jìn)設(shè)計(jì)，防止應(yīng)力集中；2、調(diào)整沖床及模具，嚴(yán)守工藝；3、改進(jìn)熱處理工藝。磨 損1、刃口變鈍或出現(xiàn)弧狀；2、工作面凸凹不平或拉傷；3、刃口硬度下降；4、工作尺寸變小超差。

2、1、熱處理淬火、回火不當(dāng)；2、磨削工藝問(wèn)題過(guò)熱；3、表面滲層原因。1、精化熱處理工藝；2、合理磨削3、正確選用化學(xué)熱處理工藝掉 塊1、刃口磨損，掉塊2、零件損壞或嚴(yán)重毛刺拉傷1、操作不當(dāng)2、模具間隙調(diào)整原因3、硬度不當(dāng)1、正確操作2、調(diào)整模具、沖床3、改正熱處理工藝變 形1、零件超差，未達(dá)圖紙要求2、模具間隙明顯變化3、影響正常沖壓、啃刃口1、模具選材不當(dāng)2、熱處理及回火問(wèn)題3、磨削及沖壓應(yīng)力所致1、合理用材2、改進(jìn)熱處理工藝3、充分回火去應(yīng)力處理4、磨穴后及服役中補(bǔ)充回火其 它1、型腔及工作面粗糙度上升2表面斑點(diǎn)、麻面等3、表面疲勞龜裂4、嚴(yán)重氧化1、模具選材不當(dāng)2、化學(xué)處理問(wèn)題3、熱處理工

3、藝問(wèn)題4、使用不當(dāng)1改進(jìn)模具用才2、正確化學(xué)熱處理3、改進(jìn)熱處理工藝4、嚴(yán)格操作工藝、正確用模二、熱處理對(duì)模具失效的影響因素由于模具是在極其惡劣的條件下服役，故模具要有足夠的強(qiáng)度、韌性、抗摩擦性及咬合性能等。而上述性能的獲得除與原材料、工作狀況有關(guān)外，更重要的是通過(guò)熱處理工藝改變金屬組織及含量、結(jié)構(gòu)、最大限度地提高模具的綜合性能。而熱處理又是依加熱-保溫-冷卻三大隱蔽過(guò)程完成的。故影響質(zhì)量的因素復(fù)雜。1預(yù)處理即模具毛胚的退火，調(diào)質(zhì)及應(yīng)力處理等。其目的在于消除金屬殘存的組織缺陷、應(yīng)力等，形成有利于熱處理及淬火的良好條件。該工藝溫度、時(shí)間、及冷卻工藝的正確與否，都對(duì)模具失效及質(zhì)量做出反應(yīng)。例：T8

4、A鋼制沖頭 經(jīng)碳化物微細(xì)化預(yù)處理后再加低溫淬火+回火，可以減少?zèng)_頭崩裂，使模具提高壽命10倍。Cr12MoV鋼冷沖模 經(jīng)高溫奧氏體化退火+等溫退火的預(yù)處理后，不但細(xì)化晶粒，消除碳化物不均勻性，并使模具服役壽命提高1倍。9SiCr鋼滾絲模 按常規(guī)處理，其晶粒度為89級(jí)，后經(jīng)超細(xì)化預(yù)熱處理可以達(dá)1314級(jí)，抗彎強(qiáng)度及斷裂強(qiáng)度分別提高30%和40%?？捎行У胤乐乖缙谑В瑝勖商岣?倍。2、淬火由于加熱溫度較高，稍有不慎，即會(huì)發(fā)現(xiàn)晶粒粗大、氧化脫碳、強(qiáng)度、鋼性不佳等。淬火中的快速冷卻會(huì)形成應(yīng)力隱患，導(dǎo)致模具在服役中早期失效。例：4Cr5MoSiV鋼制鋁合金壓鑄模，在使用2000余次時(shí)發(fā)生疲勞開裂，經(jīng)

5、檢測(cè)發(fā)現(xiàn)模具表面強(qiáng)度為HRC4044。心部為HRC4344，且裂紋處有0.1mm的貧碳區(qū)，呈粗針馬氏體，故判為淬火溫度過(guò)高，保護(hù)不良，表面脫碳所為。反之，淬火溫度過(guò)低，易出現(xiàn)網(wǎng)狀鐵素體，形成沿鐵素體的脆性斷裂，如鉻鋼沖頭在服役中斷裂，鏡分析呈馬氏+鐵素體組織，即加熱不足所為。3.回火回火在于消除因力，獲得合理的硬度，均勻而正確的金相組織，而應(yīng)力消除程度又與溫度、時(shí)間成正比關(guān)系。見圖1：下圖2所示拉深零件，由于工作條件惡劣。 圖1 回火溫度與應(yīng)力關(guān)系 圖2 材料 Q235A原為Cr12MoV鋼經(jīng)淬火+回火常規(guī)熱處理，溫度要求HRC57，僅能拉深1000件即早期失效，后改為T10A鋼采用淬火+中溫

6、回火后硬度為HRC55。平均壽命達(dá)4000件，而后又改為380400回火，使其硬度在HRC48，則壽命可達(dá)60008000件。而Cr12MoV鋼制沖頭，沖厚2.5mm的鋼板，常規(guī)淬火+210回火硬度降至HRC5862，壽命僅有1000件，后采用中溫410回火，硬度降至HRC5759。不但克服了模具的早期失效，且沖件達(dá)到10000件，壽命提高10倍。由此可見，回火溫度和所獲硬度對(duì)壽命有巨大影響，而且對(duì)應(yīng)力的消除程度、變形等作出反映。4。軟點(diǎn)淬火加熱中，因溫度不均勻、保護(hù)不良、嚴(yán)重氧化或冷卻介質(zhì)中的污染等，均可造成硬度不均，而使模具強(qiáng)度受損，在模具使用中將出現(xiàn)塌角、變形、掉塊等弊病，這對(duì)冷鐓模、剪

7、切模和中模尤為重要。5。硬化層磨損失效除與模具硬度過(guò)低，或淬硬層過(guò)淺有關(guān)外，還與化學(xué)熱處理硬化層有關(guān)，若熱處理工藝不當(dāng)，尤其是淬火溫度、時(shí)間以及冷卻介質(zhì)能力和鋼材選擇等因素，均可影響淬硬度層導(dǎo)致刃口發(fā)鈍、抗壓強(qiáng)度下降、局部塌陷、變形等早期失效。模具在滲碳、滲氮、滲硼、碳氮共滲化學(xué)熱處理中由于工藝或配方不適，操作不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)滲層、硬化層不均或過(guò)淺等弊端，出現(xiàn)刃口不鋒利、咬合、啃刃口、粘模、塌陷、氧化腐蝕和硬化層脫落等失效，嚴(yán)重影響模具的壽命。三、防止模具失效的熱處理對(duì)策1、 服役中的低溫去應(yīng)力回火模具在長(zhǎng)期服役中，尤其是熱作模具在巨大的沖壓力和和溫度的雙重應(yīng)力作用下，將發(fā)生不均勻的塑性變形及金屬

8、組織的變化，從而產(chǎn)生可觀的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種潛在應(yīng)力聚集到極限時(shí)，金屬將會(huì)出現(xiàn)開裂、崩塊、變形等失效。故小于500g的鋁壓鑄模在使用1萬(wàn)次在模具服役一段時(shí)間后，應(yīng)增加低溫去應(yīng)力回火處理，以防止早期失效。如100g的鋁壓鑄模在使用2.5萬(wàn)次，大于500g的鋁壓鑄模在使用500次后，進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火與未去應(yīng)力回火者有明顯不同，前者較后者早期失效的下降25%。2、 精化熱處理工藝如175mm×233mm的3Cr2W8V鋼熱壓模沖頭，其被沖壓坯料要在900中加熱后，置于4000KN水壓機(jī)中熱壓成形。原沖頭熱處理工藝如圖3所示，平均壽命僅有1200件，即以開裂和磨損的形式失效，后改為圖4所示熱處

9、理工藝，其平均壽命提高64%，以熱疲勞失效。 圖3 圖4還有W18Cr4V鋼的電池沖壓拉深模，原采用常規(guī)熱處理工藝，僅能拉深鋅筒2萬(wàn)件，表面因拉傷和脆斷而失效。后改為圖5復(fù)合熱處理工藝后，單頭可拉深6萬(wàn)件，雙頭達(dá)10萬(wàn)件以上，節(jié)約制模材料、工時(shí)，具有明顯經(jīng)濟(jì)效益。 圖53、 增加調(diào)質(zhì)工序 調(diào)質(zhì)在模具加工中不僅是獲得良好力學(xué)性能，改善切削性能的手段，更重要的在于能改善金屬內(nèi)部組織，獲得均勻細(xì)小顆粒的碳化物，減少網(wǎng)狀和帶狀碳化物偏析及其它缺陷等，這為模具成形后減少變形、防止開裂、減少應(yīng)力、防止模具在熱處理中及服役中的失效有一定作用，一般調(diào)質(zhì)工序在下料鍛造退火粗加工成形調(diào)質(zhì)精加工成形淬火回火磨刃口裝

10、配流程中，調(diào)質(zhì)后的高溫回火，由于不要求索氏體組織及性能，故回火溫度可高于常溫回火溫度，以順利地精加工成形。實(shí)踐證明，經(jīng)上述工藝流程的模具其變形量較小，即模具的最大變形發(fā)生在粗加工后、精加工成形前的調(diào)質(zhì)中。4、 合理鍛造在鍛造中依據(jù)材料選擇加熱溫度，方式及加熱時(shí)間和鍛造次數(shù)、停鍛溫度等，并應(yīng)采取反復(fù)橫向鍛拔、鐓拔和多項(xiàng)鐓拔、扁方鍛造以及對(duì)角鍛造等，使殘余網(wǎng)狀、帶狀碳化物消除，碳化物級(jí)別2級(jí)。經(jīng)鍛造后的鋼材流線應(yīng)合理分布，流線平行于型腔短軸或垂直于型腔端面，呈幅射狀以最大限度減少應(yīng)力和隱患，防止模具早期失效。5、 采用新鋼種 模具用鋼對(duì)其壽命影響甚大，因此選用一些具有良好的抗拉、抗彎強(qiáng)度和有較好淬透性的新