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熱處理工藝對模具的影響有哪些?
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2019-12-09 | 363 次瀏覽 | 分享到:
 模具可以通過熱處理獲得所需的工藝性能和使用性能,從而保證在正常使用條件下有一定的使用壽命。 但是,如果熱處理工藝不合理或操作不當,變形、開裂等明顯缺陷將嚴重影響模具鋼的顯微組織,導致模具早期失效,縮短模具使用壽命。
  模具可以通過熱處理獲得所需的工藝性能和使用性能,從而保證在正常使用條件下有一定的使用壽命。  但是,如果熱處理工藝不合理或操作不當,變形、開裂等明顯缺陷將嚴重影響模具鋼的顯微組織,導致模具早期失效,縮短模具使用壽命。
模具鋼  
  模具熱處理包括初步熱處理,如球化退火、正火、應力消除回火、淬火和回火等。  它還包括最終熱處理,如淬火和回火表面強化處理等。
  
  1。坯料預處理工藝的效果
  
  適當的預處理對提高模具的承載能力和使用壽命有積極的作用  初步熱處理的主要目的是獲得所需的加工性能,并為模具的最終熱處理準備結構。其作用是消除毛坯的殘余結構缺陷,形成有利于強度和韌性、冷加工加工性和減少淬火缺陷的原始結構。  熱處理的關鍵是選擇加熱溫度以確保碳化物或合金元素的充分溶解,以及選擇冷卻方法(速度或等溫溫度)以確保適當的切削硬度和沉淀碳化物的均勻分布。
  
  鍛造后退火可以消除鍛造后應力,調節工件的加工硬度,還可以調節碳化物的形狀和分布。退火是否充分也對模具鋼的抗斷裂性能有很大影響。因此,應充分注意退火過程。  預處理后的顯微組織對淬火開裂傾向和變形膨脹收縮傾向也有很大影響。實驗預處理后得到的調質細球化組織的變形趨勢遠小于層狀珠光體組織的變形趨勢。
  
  鋼中碳化物的不均勻分布會對模具的強度和韌性造成明顯的損傷,可通過鍛造工藝處理和適當的熱處理來改善。  如果T8A鋼沖頭在碳化物微粉化后低溫淬火,裂紋可顯著減少,使用壽命可提高10倍。  碳化物細化處理后,Cr2鋼淬火回火至59-60 HRC。cr2鋼的缺口沖擊值可比普通處理提高1倍以上,模具壽命可提高1-幾倍。  通過高溫固溶處理正火消除鍛件坯料中網狀二次碳化物或鏈狀碳化物,可以顯著提高鋼的斷裂韌性。  細化碳化物后,鋼的塑性和沖擊韌性可提高近一倍。
  
  高速鋼和高鉻鋼共晶碳化物的不均勻性可以通過高溫奧氏體化退火和等溫退火從8 ~ 9級變為6 ~ 7級。  能明顯改善碳化物在小坯料中的分布,特別是促進碳化物小顆粒的球化和大塊碳化物棱角的圓整,細化晶粒。用于冷鐓模具時,使用壽命可提高一倍以上。
  
  奧氏體晶粒的超細預處理可以全面提高模具鋼的強度、韌性和抗壓強度。  經過超細處理后,W6Mo5Cr4V2鋼的晶粒尺寸從常規等溫處理增加到10極至12極,抗彎強度提高近20%  經過超細預處理后,經過常規處理后,9SiCr鋼軋制模具的晶粒尺寸從8-9級細化到13-14級,抗彎強度提高30%,斷裂撓度提高40%,使用壽命提高一倍以上。
  
  2。最終熱處理工藝的影響
  
  最終熱處理的關鍵是淬火工藝的制定  由不適當的熱處理工藝或操作引起的早期模具故障的數量約占模具故障總數的60%。  熱處理加熱溫度、保溫時間長度、冷卻速度和爐內氣氛等工藝參數選擇不當會導致淬火開裂或模具早期失效。  熱處理過程中,模具應加熱均勻,冷卻均勻,防止模具表面氧化脫碳。淬火后,模具應及時充分回火,以提高模具硬度的均勻性,從而獲得良好的耐磨性、高抗疲勞性或高冷熱疲勞壽命。
  
  如果淬火溫度過高,奧氏體晶粒會長大,大量碳化物會溶解在基體中,淬火后會出現粗針狀馬氏體,這增加了模具的熱處理應力,使模具變脆,在使用過程中容易出現開裂、碎裂、斷裂等問題。  例如,冷加工模具道碴拉伸模由150毫米走私CrWMn鋼筋鍛造而成,然后加工成型。熱處理淬火溫度為840-850 ℃,進行油冷淬火  當沖壓出400件產品時,模具破裂了。經調查,溫控儀表故障導致模具淬火加熱溫度達到870℃,淬火后產生粗大馬氏體,增加了模具的脆性。  此外,由于殘余奧氏體的大量存在,降低了鋼的導熱系數,磨削過程中容易形成磨削裂紋,導致模具使用過程中磨削裂紋迅速擴展并導致開裂。
  
  如果淬火溫度過低,不能保證足夠的合金元素溶解在基體中,這會導致模具淬透性、回火穩定性和硬度的降低。同時,鋼的高溫強度、顯微組織穩定性和耐冷熱疲勞性降低,導致模具塌陷、變形和磨損,模具使用壽命縮短。
  
  淬火冷卻是淬火后獲得所需組織和性能的決定性因素。  如果冷卻過快或油溫過低,容易出現淬火裂紋,嚴重縮短疲勞壽命,甚至導致早期斷裂。  如果冷卻速度太慢,將發生非馬氏體相變,這也將對模具的使用壽命產生不利影響。  對于碳鋼和低合金鋼,由于淬透性差,必須采用較高冷卻速度的油冷或水冷來獲得預期效果。  合金鋼具有高淬透性,可通過油或空氣冷卻淬火。  對于大型模具,特別是對于模具壁厚的零件,中心區域的冷卻速度較慢,并且經常得不到馬氏體結構,這將導致碳化物或雜質元素沿晶體沉淀或聚集,形成“黑色晶界”,增加模具的脆性,并且在使用過程中導致模具的脆性斷裂。
  
  模具的硬度影響模具的強度和耐磨性,但硬度的增加往往會導致模具的塑性和韌性下降。  模具的早期失效主要是由于高工作硬度和韌性損失造成的早期斷裂。一小部分是由于低工作硬度和早期變形或磨損。  對于不同的模具,有自己最佳的強度和韌性匹配狀態。通過分析模具的使用壽命、失效模式和主要影響因素,找出硬度和韌性的最佳匹配。
  
  例如,T10A鋼沖頭在軟硅鋼片上沖小孔,由于毛刺過多,只有幾千個沖頭會失效。  如果沖頭的硬度從56到58 HRC增加到60到62 HRC,使用壽命可以增加到20,000到30,000倍,如果硬度進一步增加,使用壽命由于韌性不足而早期斷裂而降低。  使用3Cr2W8V鋼熱擠壓模具時,硬度在45-50 HRC時易發生早期斷裂,當硬度降至38-40 RC時,不再發生早期斷裂,平均壽命明顯提高。
  
  此外,最終熱處理中的回火也是一個重要的過程。  首先,模具應完全回火。高合金模具通常需要回火兩次以上,因為鋼中的殘余奧氏體在回火和冷卻過程中會轉化為回火馬氏體,并且殘余奧氏體在兩次以上回火后會完全轉化。  否則,大的淬火應力將保留在模具中,降低模具的韌性,并使模具易于早期斷裂。  為了縮短工作時間和提高設備利用率,回火時間可以適當縮短。
  
  加熱過程中工件保護不足引起的脫碳或過度保護引起的表面滲碳會降低工件的使用壽命。  表面過量添加碳會降低材料的韌性,降低抗熱疲勞性,增加碎裂和脆性斷裂的趨勢,并提高裂紋擴展速度。  冷加工模具表面碳化后,主要失效模式為碎裂和脆性斷裂。  用3Cr2W8V和5CrNiMo鋼制成的模具用氣體滲碳爐或固體滲碳劑加熱淬火。表面滲碳層易于形成,厚度為0.5-1.0毫米,碳含量ωc為0.7-1.0%,導致早期熱疲勞開裂。
  
  脫碳是模具淬火和加熱過程中最常見的表面缺陷。加熱溫度低于800℃的木碳,沒有充分脫氧的鹽浴,沒有高度凈化的分解氨氣和氫氣,不能保證模具表面不脫碳。  脫碳層強度低,耐磨性差,容易產生微裂紋。如果不去除,模具的耐磨性和抗疲勞性將會降低。  3Cr2W8V鋼熱沖壓模具在高溫箱式爐中加熱淬火時,為了防止氧化脫碳,操作人員使用舊的固體滲碳劑進行保護,并引起表面滲碳。為了在淬火前除去滲碳劑,短時間停留在空氣中會導致表面脫碳,并在滲碳層外形成鐵素體組織。  在模具使用過程中,表面脫碳和低強度導致沖頭表面強烈磨損,脫碳層下的增碳層降低鋼的熱導率,增加模具內外的溫度梯度,增加熱應力和熱應變,凹槽成為熱疲勞裂紋的來源,導致模具早期失效。
  
  4Cr5MoSiV1是制造大中型鋁合金壓鑄模的最佳材料。即使脫碳層非常薄,也明顯影響耐疲勞性。  由這種材料制成的鋁合金壓鑄模具在壓鑄至少一萬次之前不會有熱疲勞裂紋。  只有2000次壓鑄后,上述一組模具經歷了早期熱疲勞和失效。熱疲勞裂紋處模具截面的金相分析表明,表面上有0.1毫米厚的貧碳層,在距表面0.05毫米處硬度為362HV,在0.10毫米處硬度為386HV,在0.15毫米處硬度為412HV,在0.2毫米處硬度為426HV
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