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热处理模具常见问题及应对措施解析


对模具进行热处理时,难免会出现一些问题。在从加热到火和回火的过程中,不确定会遇到什么问题,因此要注意对可能出现的问题进行预测并准备好解决措施,以便出现问题时将其影响降到最低程度。

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热处理常见问题的原因如图所示。从现象来看,热处理问题可大致分为淬火开裂、硬度不良、尺寸变形三大类。其中淬火开裂最难以补救,往往需要重新开模,所以要特别注意。下面将分别对各种问题加以说明。

淬火开裂 如图,更加详细地表示了淬火开裂的发生原因。其中最主要的是快冷造成的模具内外温差所引起的热应力,以及因马氏体转变速度不同导致模具表面产生相变应力(拉应力),当该拉应力发生时,会叠加其他因素而造成开裂。

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虽然也有因材料缺陷及钢种选用失误而造成开裂的情况,但以加工形状和淬火条件引起的开裂最为多见。尤其是残留的电火花加工变质层和机加工痕迹最容易成为开裂起点。此外,还有尖角起裂、较大壁厚差引起的拉应力增大等原因。
从淬火条件来看,加热气氛也比较重要。真空淬火时没问题,但用气氛加热时一旦发生脱碳和渗碳,就会因碳含量的变化而使表面和内部的相变点出现不同,即转变速度不同。特别是出现脱碳时会增加表面拉应力。另外,淬火温度过高或保温时间过长都会造成晶粒粗大,致使马氏体组织也粗大,从而增大开裂的可能性。Ms线附近的快冷或冷却到较低温度的过度冷却也会成为开裂的原因。淬火开裂的解决措施,主要是尽量减少尖角、提高表面加工精度、选用合适的加热条件及淬火条件等。

硬度不足
淬火后整体硬度不足大多是由于淬火条件引起的。比如火温度过低会形成铁素体+奥氏体的淬火组织,而火温度过高则又使残留奥氏体增加。再有,冷却速度过慢会发生珠光体和贝氏体转变,形成不完全淬火组织。加热气氛如果是脱碳气氛,则表面含碳量下降会使硬度降低。另外,回火温度设定过高或保温时间过长同样会使硬度下降。

尺寸变形
热处理时的尺寸变化来自品体结构和组织的变化,就钢材来说是必然发生的现象。形状的变化及弯曲、翘曲等称为变形。从热处理前的材料加工状态来看,如果冷作加工和切削加工时残留加工应力,在随后的热处理时,会因这些残留应力得到释放消除而发生变形。从热处理方面的因素来看,常见的有装炉方式及放置方法不妥造成的自重弯曲、加热和冷却不均匀等。壁厚差较大时也会发生变形。冷却时,冷却速度越大或淬火温度越高,越会加大模具内外温差,从而增加变形的可能性。变形的防止方法有:在淬火前消除机械加工的残留应力,注意装炉方式,尽量缓慢加热,冷却时采用分级淬火使内外温差缩小后再进行淬火等方法。

其他
用气氛炉加热时,如不控制好气氛,会在模具表面发生脱碳。氧化是工件在氧化型气氛中加热时与氧气反应而产生的结果。氧化持续发展则形成氧化皮。表面的氧化速度如果比内部碳的扩散速度快,则生成氧化皮;反之,碳的扩散速度比氧化速度快时则发生脱碳。氧化皮从表面起按Fe,0,Fe,0,F.0的顺序形成含氧量较高的氧化物。如带着氧化皮进行淬火,会产生硬度不匀、硬度不良及淬火开裂等,需予以注意。为防止产生氧化皮,除了控制好加热气氛外,还有真空化及采用还原性气氛或中性气氛等方法。


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