工程材料 第章模具熱處理缺陷

12．1模具熱處理的主要缺陷

12．1．1模具熱處理內(nèi)應(yīng)力 12．1．2模具的熱處理變形 12．1．3模具的熱處理裂紋 12．2減小模具熱處理變形與控制模具熱處理開裂的措施

12．2．1合理設(shè)計(jì)并正確選材 12．2．2合理按排工藝流程 12．2．3合理進(jìn)行鍛造和預(yù)先熱處理 12．2．4采用合理的熱處理工藝 12．3模具熱處理的其它缺陷及預(yù)防補(bǔ)救措施

12．3．1氧化與脫碳 12．3．2欠熱、過熱和過燒 12．3．3淬火硬度不足與軟點(diǎn) 12．3．4回火缺陷 第12章模具熱處理的缺陷及防止措施目錄12.1模具熱處理的主要缺陷

通常熱處理缺陷是指模具在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、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。其中最主要的是模具在熱處理過程中的變形和開裂。

12.1.1模具熱處理內(nèi)應(yīng)力

1.熱應(yīng)力

2.組織應(yīng)力

12.1.2模具的熱處理變形

1.模具熱處理變形的形式

2.模具熱處理變形的趨向

（1）由熱應(yīng)力引起的變形趨向

（2）由組織應(yīng)力引起的變形趨向

（3）由組織轉(zhuǎn)變引起的變形趨向

12.1.3模具熱處理裂紋

1.模具熱處理裂紋的種類

此外，熱處理裂紋還可根據(jù)其存在部位和深度分為以下三類:

（1）深裂紋

（2）細(xì)微表面裂紋

（3）內(nèi)部裂紋

2.模具的熱處理裂紋與內(nèi)應(yīng)力

模具熱處理裂紋通常是在內(nèi)應(yīng)力（拉應(yīng)力）作用下表現(xiàn)出來的一種脆性破壞狀態(tài)。淬火時(shí)，易在模具表面附近產(chǎn)生非常大的拉應(yīng)力，故最易產(chǎn)生裂紋。但在淬硬層淺的情況下（如各種表面硬化），表面附近常形成壓應(yīng)力，就不易產(chǎn)生裂紋。由于模具大部分是用高碳鋼制作的，因此要特別注意防止產(chǎn)生熱處理裂紋。形狀比較簡單的模具及實(shí)體的沖頭，一般情況下不會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋。而尖角、截面厚度急變處及厚薄不均的地方則極易產(chǎn)生淬火裂紋，如圖12-1所示。

圖12-1模具淬火裂紋部位12.2減小模具熱處理變形與控制模具熱處理開裂的措施12.2.1合理設(shè)計(jì)并正確選材1.合理設(shè)計(jì)

(1)盡量避免尖角和厚薄相差懸殊的截面

應(yīng)避免厚薄懸殊的截面、薄邊及尖角。在模具的厚薄交界處應(yīng)平滑過渡。這樣能有效降低模具截面的溫差，減小熱應(yīng)力，同時(shí)也可減小截面上組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，減小組織應(yīng)力。圖12-2所示為模具采用過渡圓角與過渡圓錐。圖12-2模具采用過渡圓角與過渡圓錐圖12-3所示為凹模的合理壁厚。圖12-3凹模的合理壁厚

（2）適當(dāng)增加工藝孔

對(duì)于有些實(shí)在無法保證截面均勻及對(duì)稱的模具，應(yīng)在不影響使用性能的前提下，變不通孔為通孔，或者適當(dāng)增加一些工藝孔。

圖12-4（a）所示為一型腔狹窄的凹模，淬火后會(huì)產(chǎn)生如虛線所示的變形。如設(shè)計(jì)時(shí)能增加兩個(gè)工藝孔，如圖12-4（b）所示，則減小了淬火過程中截面的溫差，降低了熱應(yīng)力，使變形情況有了明顯的改善。

圖12-4Cr12MoV鋼凹模

圖12-5所示也是增加工藝孔或變不通孔為通孔的實(shí)例，可減小因厚薄不均而增大的開裂敏感性。

圖12-5模具增加工藝孔或變不通孔為通孔

(3)盡可能采用封閉及對(duì)稱結(jié)構(gòu)

模具形狀為開口或不對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，淬火后應(yīng)力分布不均勻，極易變形。所以一般易變形的槽形模具，應(yīng)盡量在淬火前留筋，淬火后再切除。

圖12-6所示的槽形工件，原來淬火后在R處發(fā)生變形，經(jīng)加筋(圖12-6中陰影線部分)后，有效地防止了淬火變形。

圖12-6槽形工件淬火前加筋(4)采用組合式結(jié)構(gòu)

如圖12-7所示為一大型凹模，若采用整體式結(jié)構(gòu)，不但熱處理有困難，而且淬火后型腔各處收縮不一致，甚至?xí)鹑锌诎纪购推矫媾で以谝院蟮募庸ぶ须y以補(bǔ)救。因此，可采用組合式結(jié)構(gòu)，按圖12-7中虛線分為四塊，經(jīng)熱處理后再拼裝成型并磨削再配合。這不僅使熱處理簡化，而且解決了變形問題。

圖12-7大型凹模2.正確確選材圖12-8所示示為一電電子元件件沖模，，原用T10A鋼，水淬淬油冷變變形較大大且易開開裂，堿堿浴淬火火型腔又又不易淬淬硬，現(xiàn)現(xiàn)改用9Mn2V鋼或CrWMn鋼，淬火火硬度和和變形都都能符合合要求。。圖12-8電子元件件沖模12.2.2合合理安安排工藝藝流程1.合理理安排工工藝流程程圖12-9所示是是一半圓圓形模具具，由于形形狀不對(duì)對(duì)稱，淬淬火時(shí)會(huì)會(huì)產(chǎn)生顯顯著的扭扭曲變形形。如在在淬火前前加工成成整體的的圓環(huán)，，等熱處處理后再再用鋸片片砂輪將將其切成成兩件，，則不但但降低成成本，還還可以減減少變形形。2.根據(jù)據(jù)特點(diǎn)預(yù)預(yù)留加工工余量圖12-10所所示為一一45鋼鋼的成型型模，熱處理理后內(nèi)孔孔會(huì)趨向向脹大，，故機(jī)械械加工時(shí)時(shí)應(yīng)預(yù)先先留出負(fù)負(fù)公差，，使熱處處理后符符合設(shè)計(jì)計(jì)要求。。圖12-9半圓形模模具圖12-10成型模12.2.3合合理進(jìn)進(jìn)行鍛造造和預(yù)先先熱處理理1.合理理進(jìn)行鍛鍛造實(shí)踐證明明，合理理進(jìn)行鍛鍛造是減減小熱處處理變形形、保證證模具有有較高壽壽命的關(guān)關(guān)鍵。對(duì)對(duì)合金鋼鋼如CrWMn，Cr12，Cr12MoV鋼鋼,尤其重重要。這這類鋼能能實(shí)現(xiàn)低低變形的的前提是是經(jīng)充分分鍛造，，使鋼內(nèi)內(nèi)部碳化化物偏析析程度達(dá)達(dá)到最小小。2.預(yù)先先熱處理理模具變形形與開裂裂不僅與與淬火過過程中產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)力有關(guān)關(guān)，而且且與淬火火前的原原始組織織和殘余余內(nèi)應(yīng)力力有關(guān)。。因此，，必須對(duì)對(duì)模具毛毛坯進(jìn)行行必要的的預(yù)先熱熱處理。。12.2.4采采用合合理的熱熱處理工工藝為了減少少及預(yù)防防工件淬淬火變形形，除了了合理設(shè)設(shè)計(jì)工件件、合理理選材、、合理制制定熱處處理技術(shù)術(shù)要求及及工件毛毛坯正確確進(jìn)行熱熱加工(鑄、鍛鍛、焊)和預(yù)先先熱處理理外，更更為重要要的是在在熱處理理方面必必須注意意以下問問題。①合理選選擇加熱熱溫度:②合理進(jìn)進(jìn)行加熱熱:③正確選選擇冷卻卻方式和和冷卻介介質(zhì):④正正確確掌掌握握淬淬火火操操作作方方法法:12.3模模具具熱熱處處理理的的其其他他缺缺陷陷及及預(yù)預(yù)防防補(bǔ)補(bǔ)救救措措施施模具具熱熱處處理理常常見見的的缺缺陷陷除除了了變變形形與與開開裂裂外外，，還還有有氧化化與與脫脫碳碳、欠熱熱、、過過熱熱和過燒燒、淬火火硬硬度度不不足足與軟點(diǎn)點(diǎn)、回火火缺缺陷陷和表面面腐腐蝕蝕等。。12.3.1氧氧化化與與脫脫碳碳1.氧氧化化2.脫脫碳碳12.3.2欠欠熱熱、、過過熱熱和和過過燒燒1.欠欠熱熱2.過過熱熱3.過過燒燒12.3.3淬淬火火硬硬度度不不足足與與軟軟點(diǎn)點(diǎn)1.硬硬度度不不足足2.軟軟點(diǎn)點(diǎn)模具具上上硬硬度度不不足足的的小小區(qū)區(qū)域域稱稱為為軟軟點(diǎn)點(diǎn)。。軟軟點(diǎn)點(diǎn)往往往往是是工工件件磨磨損損或或疲疲勞勞損損壞壞的的中中心心，，因因此此重重要要工工件件上上不不允允許許存存在在軟軟點(diǎn)點(diǎn)。。形成成軟軟點(diǎn)點(diǎn)的的原原因因大大致致有有:①原材材料料缺缺陷陷:如如鋼鋼中中存存在在大大塊塊鐵鐵素素體體或或帶帶狀狀組組織織。。②②欠熱熱:因因加加熱熱溫溫度度太太低低或或保保溫溫時(shí)時(shí)間間不不足足，，使使奧奧氏氏體體成成分分不不均均勻勻，，或或亞亞共共析析鋼鋼中中鐵鐵素素體體未未全全部部溶溶入入奧奧氏氏體體。。③③冷卻卻不不均均:模模具具在在淬淬火火介介質(zhì)質(zhì)中中攪攪動(dòng)動(dòng)不不充充分分、、淬淬火火加加熱熱時(shí)時(shí)堆堆放放在在一一起起、、模模具具表表面面有有氧氧化化皮皮等等污污物物附附著著以以及及淬淬火火介介質(zhì)質(zhì)中中混混有有肥肥皂皂、、油油污污等等，，都都會(huì)會(huì)造造成成模模具具冷冷卻卻不不均均勻勻，，使使局局部部小小區(qū)區(qū)域域發(fā)發(fā)生生高高溫溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變而而形形成成軟軟點(diǎn)點(diǎn)。。④④表面面脫脫碳碳:模模具具表表面面局局部部脫脫碳碳或或滲滲碳碳后后表表面面存存在在低低碳碳濃濃度度區(qū)區(qū)，，也也會(huì)會(huì)形形成成軟軟點(diǎn)點(diǎn)。。12.3.4回回火火缺缺陷陷1.硬硬度度不不合合格格回火火后后硬硬度度過過高高大大多多由由回回火火不不充充分分所所致致，，補(bǔ)補(bǔ)救救辦辦法法是是按按正正常常回回火火工工藝藝重重新新回回火火。?；鼗鼗鸹鸷蠛笥灿捕榷炔徊蛔阕愕牡闹髦饕蛞蚴鞘腔鼗鼗鸹饻販囟榷冗^過高高，，補(bǔ)補(bǔ)救救辦辦法法是是退退火火或或正正火火后后重重新新淬淬火火并并回回火火。。2.韌韌性性過過低低在第第一一類類回回火火脆脆性性區(qū)區(qū)回回火火或或?qū)?duì)第第二二類類回回火火脆脆性性敏敏感感的的鋼鋼在在回回火火后后未未進(jìn)進(jìn)行行快快冷冷，，都都會(huì)會(huì)使使工工件件回回火火后后的的脆脆性性增增加加。。補(bǔ)補(bǔ)救救辦辦法法是是:對(duì)對(duì)在在第第一一類類回回火火脆脆性性區(qū)區(qū)進(jìn)進(jìn)行行回回火火的的模模具具，，退退火火或或正正火火處處理理后后重重新新淬淬火火并并回回火火;對(duì)對(duì)因因在在第第二二