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浅谈模具热处理的缺陷分析与预防

添加人:admin 发布时间:2010-12-3 9:34:23 来源:中国真空设备网

  断裂失效是模具最严重的一种失效形式。它是各种因素产生的裂纹扩展的结果,给模具制造及使用者带来一定的经济损失。

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。



(一)淬裂。淬裂的原因及预防措施如下:

  1模具工作零件断裂的种类

  模具工作零件的断裂有多种形式,按断裂性质分为脆性断裂和塑性断裂,按断裂机理分为一次性断裂和疲劳断裂,在此以模具制造过程中出现的断裂进行分析。

  模具制造中常见的断裂类型如表1,主要有7种形式,其中以淬火开裂为最多。根据零件的形状、淬火加热规范及冷却条件、加工条件的不同,淬裂以多种形式出现,只有对淬火工艺及制件结构形状、材质进行认真细致的分析,才能制定出合理有效的方法和对策.

  2防止模具断裂的工艺措施

  2.1防止淬火裂纹的方法

  (1)合理设计零件形状。尽量采用等壁厚设计,避免横断面形状突变:①不要把壁厚相差较大的部分制成一体,应采用镶拼式结构以便每个拼块尽量等强度;②粗大零件应尽量设计成中空结构;③必要时开设工艺孔;④轮廓转角处避免尖角,尽可能加上较大的四角半径R,刘工具钢热处理零件圆角半径应不小于2mm。

  (2)严格控制热处理工艺。①应根据制件大小、形状特点和材质制定正确的热处理上艺规范,合理选择加热速度、温度、时间;②采取完善的控温措施,实时掌握制件的真实温度,定期校验温控装置,严防因热电偶老化或放置位置不准确造成的过热现象。

  2.2防止回火裂纹的方法

  回火裂纹是指:淬火钢马氏件组织处于膨胀状态,在回火时首先在大约100℃时产生收缩,此时如急速加热淬火件,则零件表面产生收缩,而内部处于膨胀状态,导致开裂。防止这种开裂发生的措施是在零件升温至300℃以前不要进行快速加热。

  回火急冷同样也产生回火裂纹,这是因淬火组织中的残余奥氏体遇急冷变成与淬火一样的状态,防止这种开裂的方法是从回火温度进行空冷。

  2.3防止自发裂纹的方法

  由于淬火零件表层组织为残余奥氏体,在常温下放置,奥氏体转变成马氏体会产生相变膨胀而造成零件开裂。防止这种裂纹产生的措施是:零件淬火后立即进行回火。最好淬、回火之间的时间间隔不要超过3h。如当天不能回火,应将零件放在100℃的炉中或水中进行保温,以待次日进行正规的回火处理。

  2.4防止磨削裂纹的措施

  磨削裂纹主要由磨削热造成,其原因与回火裂纹一样,是由于磨削热将表面淬火组织进行了同火使之产生收缩而造成的开裂。开裂发生的方向一般与磨削方向成直角。其防小措施是:①在磨削淬火零件前,预先将零件进行150℃温度的低温回火或300℃左右的高温回火(在磨削量较大时);②严格进行砂轮修整,保持磨具锋利,严防砂轮堵塞以减少磨削热;①合理选择砂轮粒度,加工实践证明选择较粗粒度的砂轮可以减少裂纹产生;④选择合适的磨削用量,用较高的砂轮速度,同时提高工件速度,经实践证明:可以避免磨削烧伤从而减少工件开裂几率。

  2.5防止脱碳开裂的方法

  产生脱碳的原因是由于加热温度过高或在空气中加热未采取适当的保护等,防止脱碳可采取真空炉加热工件或使工件在保护气氛中加热井严格控温,谨防过烧。热轧圆钢允许的脱碳层深度如表2所示。

  2.6防止低温裂纹的措施

  由于淬火件的残余应力在冷处理时会增大,从而产生低温开裂,因此,冷处理前应增加低温回火工序以减少裂纹的产生。

  2.7防止电火花加工裂纹的措施

  放电加工的瞬时高温和速冷极易在淬火件表面形成微裂纹,其防止的办法是采用较小的电规准进行加工(加工速度会受影响),或加工后对变质层进行必要的抛光处理。



模具的热处理包含了预备热处理、最终热处理及表面强化处理。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。下面作较细致的分析。

二、硬度不足。硬度不足的原因和预防措施如下:

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(尺寸变化和形状变化)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。尽管在相当长时间还主要靠经验和试探法去解决热处理变形问题,但正确掌握原材料锻造、模块取向、模具形状、热处理方法与热处理变形的关系,从已经积累的实际数据中去把握热处理变形规律,建立有关热处理变形的档案资料,却是一项极有意义的工作。

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。因此,采用放电加工的模具,必须充分掌握放电加工对模具材料的影响,并预先采取相应的预防措施。防止热处理时的过热和脱碳,并进行充分回火以降低或消除残留应力;为了充分消除淬火时产生的内应力,要进行高温回火,因此应采用能承受高温回火的钢种(如Crl2型、ASP一23、高速钢等),以稳定的放电条件进行加工;放电加工后,作稳定化松驰处理;设置合理的工艺孔、槽;充分消除再凝固层,以便在健全的状态下使用;利用矢量平移原理,对切割前哨已集中的部分内应力傲切通引流分散释放。

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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