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1、模具熱處理缺陷分析及預(yù)防摘要：論述了模具熱處理的工藝概況,對模具鋼的熱處理缺陷進(jìn)行了分類分析,并提出了預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：模具鋼熱處理缺陷1?模具熱處理工藝概述模具的熱處理包含了預(yù)備熱處理、最終熱處理及表面強(qiáng)化處理。預(yù)備熱處理是為了改善模具鋼的切割加工性能及為最終熱處理打基礎(chǔ)的各種退火、正火、調(diào)質(zhì)或其它組合處理方法;最終熱處理是指用以使模具獲得高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性及沖擊韌性的淬火回火工藝;而模具的表面強(qiáng)化處理則是用物理或化學(xué)方法對模具工作面進(jìn)行改性處理,從而使模具工作面進(jìn)一步得到強(qiáng)化,使其不僅具有更
2、高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和沖擊韌性,同時更具有高的抗疲勞、抗咬合、抗粘連、抗擦傷、耐腐蝕等優(yōu)良性能的一種處理方法。模具鋼的熱處理與其它鋼種的熱處理相比有很大不同,其原因有4個:1.不同的熱處理方法對模具壽命的影響很大;2.模具熱處理的質(zhì)量要求較高;3.模具中包含了形形色色極其復(fù)雜的零部件,需要充分考慮熱處理缺陷(如淬裂、扭曲彎曲變形、硬度不足等等);4.模具的生產(chǎn)一般為單件生產(chǎn),要求100%成功。因此與結(jié)構(gòu)鋼制成的機(jī)械零件相比,模具鋼的熱處理要求較高的技術(shù)水平。2?模具熱處理缺陷概述通常熱處理缺陷是指模具在
3、最終熱處理過程中或在以后的工序中以及使用過程中出現(xiàn)的各種缺陷,如淬裂、置裂、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。其實,上述的種種缺陷并不完全是由熱處理因素造成的,例如,由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng),原材料選擇不當(dāng),或原材料自身缺陷及鍛造質(zhì)量低劣均會造成隱患,經(jīng)熱處理后,也會出現(xiàn)上述各種缺陷。隨著模具制造技術(shù)的飛速發(fā)展及無損檢測技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,模具制造中的各種缺陷已逐步得到了定性分析,這對于積極預(yù)防各種缺陷的產(chǎn)生,大力提高模具制造質(zhì)量和使用壽命必將產(chǎn)生積極的影響。從熱處理角度去分析
4、各種缺陷產(chǎn)生的原因并提出預(yù)防措施是理性的和明智的。3模具熱處理缺陷的分類分析3.1淬裂是模具零部件最常見的致命缺陷,已淬裂的工件,全部須報廢,無任何補(bǔ)救措施。淬裂的原因及預(yù)防措施見表1,圖1為防止淬裂的形狀效應(yīng)。3.2?硬度不足硬度不足是模具鋼熱處理常見缺陷之一。在通常情況下,硬度不足的工件可以重新淬火,重新淬火前需作正火處理,重新淬火時的溫度要比第一次淬火溫度低(取下限)。硬度不足的原因及預(yù)防措施見表2。3.3?變形超差變形是工模具熱處理最常見最普遍的缺陷,也是其它機(jī)械零件最常見的缺陷。事實上,在機(jī)械制
5、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。3.3.1馬氏體相變具有表面浮凸效應(yīng)鋼鐵材料的淬火是為了獲得較高強(qiáng)度、硬度、耐磨性及一定沖擊韌性的馬氏體組織,而馬氏體相變是一種無擴(kuò)散型組織轉(zhuǎn)變。它是通過新相(過飽和α固溶體)在慣習(xí)面上對母相(γ固溶體)的切變形成的,通過切變,使具有面心立方點陣的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方點陣的馬氏體,這種具有體心正方點陣的馬氏體因為固溶了過飽和的碳原子,從而使晶格常數(shù)發(fā)生了劇烈的畸變,因此,馬氏體相變具有浮凸效應(yīng)。3.2.2淬火是一個熱
6、態(tài)工件急劇冷卻過程,由于工件的截面效應(yīng),使工件表層到心部的冷卻速度不一致,形成溫度差,導(dǎo)致體積的脹縮不均,從而引起鋼件不均勻塑性變形。同時由于溫差的影響,引起組織轉(zhuǎn)變的不同步,也使鋼件產(chǎn)生不均勻塑性變形。如果鋼件是一個完全彈性體,應(yīng)力因彈性變形而松馳,冷卻到溫差消失時,彈性恢復(fù),則不會留下殘留應(yīng)力。由此可見,鋼件之所以有殘留應(yīng)力,乃是不均勻塑性變形的結(jié)果。3.3.3相變體積效應(yīng)引起的變形相變引起比容的變化,使得工件的體積在各個方向上作均勻的脹縮。馬氏體形成時體積的變化與碳含量的關(guān)系見表3,表4是鋼件淬火時
7、的體積變化計算值。3.3.4預(yù)防變形的措施預(yù)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(jīng)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(dāng)?shù)奶蓟锓植紶顟B(tài)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(fā)生變化,鋼件的變形程度就會有很大變化。盡管在相當(dāng)長時間還主要靠經(jīng)驗和試探法去解決熱處理變形問題,但正確掌握原材料鍛造、模塊取向、模具形狀、熱處理方法與熱處理變形的關(guān)系,從已經(jīng)積累的實際數(shù)據(jù)中去把握熱處理變形規(guī)律,建立有關(guān)熱處理變形的
8、檔案資料,卻是一項極有意義的工作。圖2是幾種冷作模具鋼的回火溫度與尺寸變化率的關(guān)系。表5是防止熱處理變形的辦法。圖2?4種模具鋼的回火溫度與尺寸變化率的關(guān)系3.4脫碳脫碳是由于鋼件在加熱或保溫時,因周圍氣氛的作用,使表面層部分的碳全部或部分喪失的現(xiàn)象和反應(yīng)。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(xué)熱處理缺陷,而且對疲勞強(qiáng)度、耐磨性及模具性能也有很大影響。脫碳的預(yù)防措施見表1。3.5放電加工引起的裂紋在模具制造中,采
