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模具钢常用的热处理工艺介绍
2020-04-26 10:28:00
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不锈钢产品固溶工艺

  模具钢常用的热处理工艺介绍


  通常,模具的使用寿命及其制品质量,在很大程度上取决于热处理的质量。因此,在模具制造中,制定合理的热处理工艺和提高热处理技术水平显得十分重要。模具钢的热处理是利用加热、保温和冷却的方法,促使金属内部组织发生变化,从而获得所需要的各种机械性能,如强度、韧性和耐磨性等的一种工艺过程。五金机电网认为,模具钢常用的热处理工艺方法有正火、退火、回火和淬火等。


  1、正火

  正火的目的是为了消除冷作、锻造或急冷时产生的内应力,细化高温过热时生成的粗大组织,改善力学性能。对于强度要求不高的零件,正火可以作为最终热处理;含碳量低于0.45%的碳钢,可用正火代替退火;正火对模具制造来讲,主要用于球化退火前的预先热处理。


  2、退火

  在模具制造过程中,模具零件一般都要锻造成一定几何形状的毛坯,为了进一步对毛坯进行机械加工,必须要经过退火处理,以消除其锻造应力和加工硬化现象,并为最终热处理做好组织准备。退火的工艺方法是首先将工件加热到临界点以上某一温度,在此温度下,保温一段时间,然后使工件随炉一起极缓慢冷却,一保证能得到稳定的结构。根据模具材料、退火后的组织性能要求,退火工艺可分为:完全退火、不完全退火、等温退火等。在实际应用中,退火常按其目的来分类,如球化退火、扩散退火、消除应力退火和再结晶退火等。


  3、回火

  淬火钢件加热到低于A1点以下某一温度保温一段时间,然后进行冷却的工艺称回火。回火有两种目的:一是改变淬火组织,得到一定的强度、韧性的配合;二是为了消除淬火应力和回火中的组织转变应力。模具淬火后,应马上进行回火,以提高钢的韧性和增加耐用度。冷、热作模具重要零件根据工况的需要常进行低温或中温回火。中碳钢或中碳合金结构钢淬火后再进行高温回火的工艺称调质处理,调质主要用于结构零件的最终热处理和重要零件、模具的预备热处理。


  4、淬火

  淬火的目的是为了提高工件的硬度、耐磨性和其他力学性能。淬火是模具制造中一项必不可少的热处理工序。如凸模与凹模都要经过淬火处理,使其硬度提高,以增加模具的使用寿命和耐用度。淬火的方法是把工件加热到淬火温度以上某一温度,经保温后,置入冷却介质(水、油或盐液)中,以极快的速度(即大于临界冷却速度)进行冷却,而获得马氏体组织。


  模具钢热处理缺陷的原因及处理


  一、淬裂

  1.形状效应。主要是设计因素造成的,如圆角R过小、孔穴位置设置不当,截面过渡不好。

  2.过热(过烧)。主要是由控温不准或跑温、工艺设置温度过高、炉温不均等因素造成,预防措施包括:检修、校对控温系统、修正工艺温度、在工件与炉底板间加垫铁等。

  3.脱碳。主要由过热(或过烧)、空气炉无保护加热、机加余量小、锻造或预备热处理残留脱碳层等因素造成,预防措施为:可控气氛加热,盐浴加热,真空炉、箱式炉采用装箱保护或使用防氧化涂料;机加工余量加大2-3mm。

  4.冷却不当。主要是冷却剂选择不当或过冷造成,应当掌握淬火介质冷却特性或回火处理。

  5.原材料组织不良。如碳化物偏析严重,锻造质量差,预备热处理方法不当等,预防措施是:采用正确的锻造工艺和合理的预备热处理制度。


  二、硬度不足

  1.淬火温度过低。主要是由于工艺设置温度不当、控温系统误差、装炉或进入冷却槽方法不当等原因造成,应该修正工艺温度,检修校核控温系统,装炉时,工件间隔合理摆放均匀,分散入槽,禁止堆积或成捆入槽冷却。

  2.淬火温度过高。这是由工艺设置温度不当或控温系统误差造成,应当修正工艺温度,检修校核控温系统。

  3.过回火。这是由回火温度设置过高、控温系统故障误差或炉温过高时入炉造成,应当修正工艺温度,检修校核控温系统,不高于设置炉温装入。

  4.冷却不当。原因是预冷时间过长,冷却介质选择不当,淬火介质温度渐高而冷却性能下降,搅拌不良或出槽温度过高等。措施:出炉、入槽等要快;掌握淬火介质冷却特性;油温60-80℃,水温30℃以下,当淬火量大而使冷却介质升温时,应添加冷却淬火介质或改用其它冷却槽冷却;加强冷却剂的搅拌;在Ms+50℃时取出。

  5.脱碳。这是由原材料残留脱碳层或淬火加热时造成,预防措施为可控气氛加热,盐浴加热,真空炉、箱式炉采用装箱保护或使用防氧化涂料;机加工余量加大2-3mm。


  三、变形超差

  在机械制造中,热处理的淬火变形是绝对的,而不变形才是相对的。换句话说,只是一个变形大小的问题。这主要是由于热处理过程中马氏体相变具有表面浮凸效应。

  预防热处理变形是一项非常困难的工作,在许多情况下,不得不依靠经验加以解决。这是因为,不仅钢种和模具形状对热处理变形有影响,不当的碳化物分布状态及锻造和热处理方法同样会引起或加剧,而且在热处理诸多条件中,只要某一条件发生变化,钢件的变形程度就会有很大变化。


  四、脱碳

  脱碳是由于钢件在加热或保温时,因周围气氛的作用,使表面层部分的碳全部或部分丧失的现象和反应。钢件的脱碳不仅会造成硬度不足、淬裂和热处理变形及化学热处理缺陷,而且对疲劳强度、耐磨性及模具性能也有很大影响。


  五、放电加工引起的裂纹

  在模具制造中,采用放电加工(电脉冲及线切割)是越来越普遍采用的加工方法,但随着放电加工的广泛应用,其引起的缺陷也相应增多。

  由于放电加工是借助于放电所产生的高温而使模具表面熔化的加工方法,因此,在其加工表面形成白色的放电加工变质层,并产生800MPa左右的拉应力,这样,在模具的电加工过程中常出现变形或裂纹等缺陷。


  六、韧性不足

  韧性不足的原因可能是淬火温度过高,且保温时间过长引起晶粒粗化造成的,或由于没有避开回火脆性区进行回火。


  七、磨削裂纹

  当工件内有大量的残留奥氏体时,在磨削热的作用下,发生回火转变,从而产生组织应力,导致工件开裂。其预防措施是:淬火后进行深冷处理或多次重复回火(模具回火一般为2-3次,即使是冷加工用低合金工具钢,也是如此),最大限度地降低残留奥氏体量。


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