熱處理工藝對模具變形有怎樣的影響?

1.加熱速度的影響

一般來說,淬火加熱時,加熱速度越快,則模具中產生的熱應力越大,易於造成模具的變形開裂,尤其對於合金鋼及高合金鋼,因其導熱性差,尤需注意進行預熱,對於一些形狀複雜的高合金模具,還需採取多次分級預熱。

但在個別情況下,採用快速加熱有時反而可以減少變形。這時僅加熱模具的表面,而中心還保持“冷態”,所以相應地減少了組織應力和熱應力,且心部變形抗力較大,從而減少了淬火變形,根據一些工廠經驗,用於解決孔距變形方面有一定效果。

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2.加熱溫度的影響

淬火加熱溫度的高低影響材料的淬透性,同時對奧氏體的成分與晶粒大小起作用。

1)從淬透性方面看,加熱溫度高,將使熱應力增大,但同時使淬透性增高,因此組織應力也增大,並逐漸占主導地位。例如碳素工具鋼T8、T10、T12等,在一般淬火溫度淬火時,內徑表現為縮的傾向,但若提高淬火溫度到≥850℃時,則由於淬透性增大,組織應力逐漸占主導地位,因而內徑可能表現為脹得傾向。

2)從奧氏體成分看,淬火溫度提高使奧氏體含碳量增加,淬火後馬氏體的正方度增大(比容增大),從而使淬火後體積增大。

3)從對Ms點影響細看,淬火溫度高,則奧氏體晶粒粗大,將使零件的變形開裂傾向增大。

綜合上述,對所有的鋼種,尤其是某些高碳的中、高合金鋼,淬火溫度的高低會明顯影響模具的淬火變形,因此正確選擇淬火加熱溫度是很重要的。

一般來說,選擇過高的淬火加熱溫度對變形是沒有好處的。在不影響使用性能的前提下,總是採用較低的加熱溫度。但對一些淬火後有較多殘餘奧氏體的鋼號(如Cr12MoV等),也可通過調整加熱溫度,改變殘餘奧氏體量,以調節模具的變形。

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3.淬火冷卻速度的影響

總的來說,在Ms點以上增大冷速,會使熱應力顯著增加,結果使熱應力引起的變形趨向增大;在Ms點以下增大冷速則主要使組織應力引起的變形趨向增大。

對於不同的鋼種,由於Ms點的高低不同,因而在採用同一淬火介質時,有不同的變形趨向。同一鋼種如採用不同的淬火介質,由於它們的冷卻能力不同,因而也有不同的變形趨向。

例如,碳素工具鋼的在Ms點比較低,因而採用水冷時,熱應力的影響往往佔上風;而採用由冷時,則可能是組織應力佔上風。

在實際生產中,模具常採用分級或分級-等溫淬火時,通常均未完全淬透,故往往以熱應力的作用為主,使型腔趨於收縮,不過由於這時熱應力不是很大,因此總的變形量是比較小的。若採用水-油雙液淬火或油淬時,引起的熱應力較大,型腔收縮量將增大。

4.回火溫度的影響

回火溫度對變形的影響,主要是由於回火過程中的組織轉變所引起的。若在回火過程中產生“二次淬火”現象,殘餘奧氏體轉變為馬氏體,由於生成的馬氏體的比容比殘餘奧氏體的大,將引起模具型腔的脹大;對一些高合金工具鋼如Cr12MoV等,當以要求紅硬性為主而採用高溫淬火,多次回火時,每回一次火,體積就脹大一次。

若在其他溫度區域回火,由於淬火馬氏體向回火馬氏體(或回火索氏體,回火屈氏體等)轉變,比容減小,因而型腔趨向於收縮。

另外,回火時模具中的殘餘應力的鬆弛,對變形也有影響,模具淬火後,若表面處於拉應力狀態,回火後尺寸將增大;反之,如表面處於壓應力狀態,則產生收縮。

但組織轉變及應力鬆弛兩項影響中,前者是主要的。以上僅是從熱處理方面分析了模具變形的各個因素,這隻能作為解決問題的參考。

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