工程材料 第12章模具热处理缺陷

12．1模具热处理的主要缺陷12．1．1模具热处理内应力12．1．2模具的热处理变形12．1．3模具的热处理裂纹12．2减小模具热处理变形与控制模具热处理开裂的措施12．2．1合理设计并正确选材12．2．2合理按排工艺流程12．2．3合理进行锻造和预先热处理12．2．4采用合理的热处理工艺12．3模具热处理的其它缺陷及预防补救措施12．3．1氧化与脱碳12．3．2欠热、过热和过烧12．3．3淬火硬度不足与软点12．3．4回火缺陷第12章模具热处理的缺陷及防止措施目录12.1模具热处理的主要缺陷通常热处理缺陷是指模具在最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷，如淬裂、变形超差、硬度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的早期破坏等。其中最主要的是模具在热处理过程中的变形和开裂。12.1.1模具热处理内应力1.热应力2.组织应力12.1.2模具的热处理变形1.模具热处理变形的形式2.模具热处理变形的趋向（1）由热应力引起的变形趋向（2）由组织应力引起的变形趋向（3）由组织转变引起的变形趋向12.1.3模具热处理裂纹1.模具热处理裂纹的种类此外，热处理裂纹还可根据其存在部位和深度分为以下三类:（1）深裂纹（2）细微表面裂纹（3）内部裂纹2.模具的热处理裂纹与内应力模具热处理裂纹通常是在内应力（拉应力）作用下表现出来的一种脆性破坏状态。淬火时，易在模具表面附近产生非常大的拉应力，故最易产生裂纹。但在淬硬层浅的情况下（如各种表面硬化），表面附近常形成压应力，就不易产生裂纹。由于模具大部分是用高碳钢制作的，因此要特别注意防止产生热处理裂纹。形状比较简单的模具及实体的冲头，一般情况下不会产生淬火裂纹。而尖角、截面厚度急变处及厚薄不均的地方则极易产生淬火裂纹，如图12-1所示。图12-1模具淬火裂纹部位12.2减小模具热处理变形与控制模具热处理开裂的措施12.2.1合理设计并正确选材1.合理设计(1)尽量避免尖角和厚薄相差悬殊的截面应避免厚薄悬殊的截面、薄边及尖角。在模具的厚薄交界处应平滑过渡。这样能有效降低模具截面的温差，减小热应力，同时也可减小截面上组织转变的不同时性，减小组织应力。图12-2所示为模具采用过渡圆角与过渡圆锥。图12-2模具采用过渡圆角与过渡圆锥图12-3所示为凹模的合理壁厚。图12-3凹模的合理壁厚（2）适当增加工艺孔对于有些实在无法保证截面均匀及对称的模具，应在不影响使用性能的前提下，变不通孔为通孔，或者适当增加一些工艺孔。图12-4（a）所示为一型腔狭窄的凹模，淬火后会产生如虚线所示的变形。如设计时能增加两个工艺孔，如图12-4（b）所示，则减小了淬火过程中截面的温差，降低了热应力，使变形情况有了明显的改善。图12-4Cr12MoV钢凹模图12-5所示也是增加工艺孔或变不通孔为通孔的实例，可减小因厚薄不均而增大的开裂敏感性。图12-5模具增加工艺孔或变不通孔为通孔(3)尽可能采用封闭及对称结构模具形状为开口或不对称结构时，淬火后应力分布不均匀，极易变形。所以一般易变形的槽形模具，应尽量在淬火前留筋，淬火后再切除。图12-6所示的槽形工件，原来淬火后在R处发生变形，经加筋(图12-6中阴影线部分)后，有效地防止了淬火变形。图12-6槽形工件淬火前加筋(4)采用组合式结构如图12-7所示为一大型凹模，若采用整体式结构，不但热处理有困难，而且淬火后型腔各处收缩不一致，甚至会引起刃口凹凸和平面扭曲，且在以后的加工中难以补救。因此，可采用组合式结构，按图12-7中虚线分为四块，经热处理后再拼装成型并磨削再配合。这不仅使热处理简化，而且解决了变形问题。图12-7大型凹模2.正确选材图12-8所示为一电子元件冲模，原用T10A钢，水淬油冷变形较大且易开裂，碱浴淬火型腔又不易淬硬，现改用9Mn2V钢或CrWMn钢，淬火硬度和变形都能符合要求。图12-8电子元件冲模12.2.2合理安排工艺流程1.合理安排工艺流程图12-9所示是一半圆形模具，由于形状不对称，淬火时会产生显著的扭曲变形。如在淬火前加工成整体的圆环，等热处理后再用锯片砂轮将其切成两件，则不但降低成本，还可以减少变形。2.根据特点预留加工余量图12-10所示为一45钢的成型模，热处理后内孔会趋向胀大，故机械加工时应预先留出负公差，使热处理后符合设计要求。图12-9半圆形模具图12-10成型模12.2.3合理进行锻造和预先热处理1.合理进行锻造实践证明，合理进行锻造是减小热处理变形、保证模具有较高寿命的关键。对合金钢如CrWMn，Cr12，Cr12MoV钢,尤其重要。这类钢能实现低变形的前提是经充分锻造，使钢内部碳化物偏析程度达到最小。2.预先热处理模具变形与开裂不仅与淬火过程中产生的应力有关，而且与淬火前的原始组织和残余内应力有关。因此，必须对模具毛坯进行必要的预先热处理。12.2.4采用合理的热处理工艺为了减少及预防工件淬火变形，除了合理设计工件、合理选材、合理制定热处理技术要求及工件毛坯正确进行热加工(铸、锻、焊)和预先热处理外，更为重要的是在热处理方面必须注意以下问题。①合理选择加热温度:②合理进行加热:③正确选择冷却方式和冷却介质:④正确掌握淬火操作方法:12.3模具热处理的其他缺陷及预防补救措施模具热处理常见的缺陷除了变形与开裂外，还有氧化与脱碳、欠热、过热和过烧、淬火硬度不足与软点、回火缺陷和表面腐蚀等。12.3.1氧化与脱碳1.氧化2.脱碳12.3.2欠热、过热和过烧1.欠热2.过热3.过烧12.3.3淬火硬度不足与软点1.硬度不足2.软点模具上硬度不足的小区域称为软点。软点往往是工件磨损或疲劳损坏的中心，因此重要工件上不允许存在软点。形成软点的原因大致有:①原材料缺陷:如钢中存在大块铁素体或带状组织。②欠热:因加热温度太低或保温时间不足，使奥氏体成分不均匀，或亚共析钢中铁素体未全部溶入奥氏体。③冷却不均:模具在淬火介质中搅动不充分、淬火加热时堆放在一起、模具表面有氧化皮等污物附着以及淬火介质中混有肥皂、油污等，都会造成模具冷却不均匀，使局部小区域发生高温转变而形成软点。④表面脱碳:模具表面局部脱碳或渗碳后表面存在低碳浓度区，也会形成软点。12.3.4回火缺陷1.硬度不合格回火后硬度过高大多由回火不充分所致，补救办法是按正常回火工艺重新回火。回火后硬度不足的主要原因是回火温度过高，补救办法是退火或正火后重新淬火并回火。2.韧性过低在第一类回火脆性区回火或对第二类回火脆性敏感的钢在回火后未进行快冷，都会使工件回火后的脆性增加。补救办法是:对在第一类回火脆性区进行回火的模具，退火或正火处理后重新淬火并回火;对因在第二类回火脆性区回火而未快冷的模具，可在略高一些温度进行短时间回火并快冷。思考题12-1模具热处理的缺陷有哪些?12-2模具热处理变形与开裂的原因是什么?12-3减小模具热处理变形与控制模具热处理开裂的措施有哪些?目录