模具的熱處理包含了預備熱處理、最終熱處理及錶面強化處理。

通常熱處理缺陷是指模具在最終熱處理過程中或在以後的工序中以及使用過程中出現的各種缺陷,如淬裂、變形超差、硬度不足、電加工開裂、磨削裂紋、模具的早期破壞等,下麵作較細緻的分析。

一、淬裂


淬裂的原因及預防措施如下:

1. 形狀效應。主要是設計因素造成的,如圓角R過小、孔穴位置設置不當,截面過渡不好;

2. 過熱(過燒)。主要是由控溫不准或跑溫、工藝設置溫度過高、爐溫不均等因素造成,預防措施包括檢修、校對控溫系統,修正工藝溫度,在工件與爐底板間加墊鐵等;

3. 脫碳。主要由過熱(或過燒)、空氣爐無保護加熱、機加餘量小、鍛造或預備熱處理殘留脫碳層等因素造成,預防措施為:可控氣氛加熱,鹽浴加熱,真空爐、箱式爐採用裝箱保護或使用防氧化塗料;機加工餘量加大2-3mm;

4. 冷卻不當。主要是冷卻劑選擇不當或過冷造成,應當掌握淬火介質冷卻特性或回火處理;

5. 模具鋼材組織不良。如碳化物偏析嚴重,鍛造質量差,預備熱處理方法不當等。預防措施是:採用正確的鍛造工藝和合理的預備熱處理制度。


二、硬度不足

硬度不足的原因和預防措施如下:

1. 爐或進入冷卻槽方法不當等原因造成,應該修正工藝溫度,檢修校核控溫系統,裝爐時,工件間隔合理,擺放均勻,分散入槽,禁止堆積或成捆入槽冷卻。

2. 淬火溫度過高,這是由工藝設置溫度不當或控溫系統誤差造成,應當修正工藝溫度,檢修校核控溫系統。

3. 過回火,這是由回火溫度設置過高、控溫系統故障誤差或爐溫過高時入爐造成,應當修正工藝溫度,檢修校核控溫系統,不高於設置爐溫裝入。

4. 冷卻不當,原因是預冷時間過長,冷卻介質選擇不當,淬火介質溫度漸高而冷卻性能下降,攪拌不良或出槽溫度過高等。解決措施:出爐、入槽等要快;掌握淬火介質冷卻特性;油溫60-80℃,水溫30℃以下,當淬火量大而使冷卻介質升溫時,應添加冷卻淬火介質或改用其它冷卻槽冷卻;加強冷卻劑的攪拌;在Ms+50℃時取出。

5. 脫碳,這是由原材料殘留脫碳層或淬火加熱時造成,預防措施為:可控氣氛加熱,鹽浴加熱,真空爐、箱式爐採用裝箱保護或使用防氧化塗料;機加工餘量加大2-3mm。

三、變形超差

在機械製造中,熱處理的淬火變形是絕對的,而不變形才是相對的。換句話說,只是一個變形大小的問題。這主要是由於熱處理過程中馬氏體相變具有錶面浮凸效應。

預防熱處理變形(尺寸變化和形狀變化)是一項非常困難的工作,在許多情況下,不得不依靠經驗加以解決。這是因為不僅鋼種和模具形狀對熱處理變形有影響,不當的碳化物分佈狀態及鍛造和熱處理方法同樣會引起或加劇,而且在熱處理諸多條件中,只要某一條件發生變化,鋼件的變形程度就會有很大變化。

儘管在相當長時間還主要靠經驗和試探法去解決熱處理變形問題,但正確掌握模具鋼材鍛造、模塊取向、模具形狀、熱處理方法與熱處理變形的關係,從已經積累的實際資料中去把握熱處理變形規律,建立有關熱處理變形的檔案資料,卻是一項極有意義的工作。

四、脫碳

脫碳是由於鋼件在加熱或保溫時,因周圍氣氛的作用,使錶面層部分的碳全部或部分喪失的現象和反應。

鋼件的脫碳,不僅會造成硬度不足、淬裂和熱處理變形及化學熱處理缺陷,而且對疲勞強度、耐磨性及模具性能也有很大影響。

五、放電加工引起的裂紋

在模具製造中,採用放電加工(電脈衝及線切割)是越來越普遍採用的加工方法,但隨著放電加工的廣泛應用,其引起的缺陷也相應增多。

由於放電加工是借助於放電所產生的高溫而使模具錶面熔化的加工方法,因此,在其加工錶面形成白色的放電加工變質層,並產生800MPa左右的拉應力,這樣,在模具的電加工過程中常出現變形或裂紋等缺陷。因此,採用放電加工的模具,必須充分掌握放電加工對模具鋼材的影響,並預先採取相應的預防措施:

1)防止熱處理時的過熱和脫碳,併進行充分回火以降低或消除殘留應力;

2)為了充分消除淬火時產生的內應力,要進行高溫回火,因此,應採用能承受高溫回火的鋼種(如DC53型、ASP-23、高速鋼等),以穩定的放電條件進行加工;

3)放電加工後,作穩定化鬆弛處理;

4)設置合理的工藝孔、槽;

5)充分消除再凝固層,以便在健全的狀態下使用;

6)利用矢量平移原理,對切割前哨已集中的部分內應力,切通引流,分散釋放。

六、韌性不足


韌性不足的原因可能是淬火溫度過高,且保溫時間過長引起晶粒粗化造成的,或由於沒有避開回火脆性區進行回火。

七、磨削裂紋

當工件內有大量的殘留奧氏體時,在磨削熱的作用下,發生回火轉變,從而產生組織應力,導致工件開裂。其預防措施是:淬火後進行深冷處理,或多次重覆回火(模具回火一般為2-3次,即使是冷加工用低合金工具鋼也是如此),最大限度地降低殘留奧氏體量。


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