模具鋼熱處理出現(xiàn)的缺陷及預(yù)防措施
【摘要】模具人都知道，通常退火模具鋼在制作模具時(shí)通常要經(jīng)過熱處理這道工序。那么，模具鋼在更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)的各種缺陷及分析。
模具的熱處理包括預(yù)備熱處理、更終熱處理及表面強(qiáng)化處理。
通常熱處理缺陷是指模具在更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。下面作較細(xì)致的分析。
一．淬裂
淬裂情況如下圖所示，原因及預(yù)防措施如下：
模具淬裂圖
1．形狀效應(yīng)。主要是設(shè)計(jì)因素造成的，如：圓角R過小，孔穴位置設(shè)置不當(dāng)，截面過渡不好。
2．過熱（過燒）。主要是由控溫不準(zhǔn)或跑溫、工藝設(shè)置溫度過高、爐溫不均等因素造成，預(yù)防措施包括檢修、校對控溫系統(tǒng)、修正工藝溫度、在工件與爐底板間加墊鐵等。
3．脫碳。主要由過熱（或過燒）、空氣爐無保護(hù)加熱、機(jī)加余量小、鍛造或預(yù)備熱處理殘留脫碳層等因素造成。預(yù)防措施為可控氣氛加熱，鹽浴加熱，真空爐、箱式爐采用裝箱保護(hù)或使用防氧化涂料；機(jī)加工余量加大2-3mm。
4．冷卻不當(dāng)。主要是冷卻劑選擇不當(dāng)或過冷造成，應(yīng)當(dāng)掌握淬火介質(zhì)冷卻特性或回火處理。
5．模具鋼材組織不良。如碳化物偏析嚴(yán)重、鍛造質(zhì)量差、預(yù)備熱處理方法不當(dāng)?shù)取ｎA(yù)防措施是采用正確的鍛造工藝和合理的預(yù)備熱處理制度。
二．硬度不足
硬度不足的原因和預(yù)防措施如下：
1．淬火溫度過低。主要是由于工藝設(shè)置溫度不當(dāng)、控溫系統(tǒng)誤差、裝爐或進(jìn)入冷卻槽方法不當(dāng)?shù)仍蛟斐?，?yīng)該修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)，裝爐時(shí)，工件間隔合理擺放均勻，分散入槽，禁止堆積或成捆入槽冷卻。
2．淬火溫度過高。這是由工藝設(shè)置溫度不當(dāng)或控溫系統(tǒng)誤差造成，應(yīng)當(dāng)修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)。
3．過回火。這是由回火溫度設(shè)置過高、控溫系統(tǒng)故障誤差或爐溫過高時(shí)入爐造成，應(yīng)當(dāng)修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)，不高于設(shè)置爐溫裝入。
4．冷卻不當(dāng)。原因是預(yù)冷時(shí)間過長，冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，淬火介質(zhì)溫度漸高而冷卻性能下降，攪拌不良或出槽溫度過高等。措施：出爐、入槽等要快；掌握淬火介質(zhì)冷卻特性；油溫60-80℃，水溫30℃以下，當(dāng)淬火量大而使冷卻介質(zhì)升溫時(shí)，應(yīng)添加冷卻淬火介質(zhì)或改用其它冷卻槽冷卻；加強(qiáng)冷卻劑的攪拌；在Ms+50℃時(shí)取出。
5．脫碳。這是由原材料殘留脫碳層或淬火加熱時(shí)造成，預(yù)防措施為可控氣氛加熱，鹽浴加熱，真空爐、箱式爐采用裝箱保護(hù)或使用防氧化涂料；機(jī)加工余量加大2-3mm。
三．變形超差
在機(jī)械制造中，熱處理的淬火變形是的，而不變形才是相對的。換句話說，只是一個(gè)變形大小的問題。這主要是由于熱處理過程中馬氏體相變具有表面浮凸效應(yīng)。 預(yù)防熱處理變形（尺寸變化和形狀變化）是一項(xiàng)非常困難的工作，在許多情況下，不得不依靠經(jīng)驗(yàn)加以解決。這是因?yàn)椴粌H鋼種和模具形狀對熱處理變形有影響，不當(dāng)?shù)奶蓟锓植紶顟B(tài)及鍛造和熱處理方法同樣會引起或加劇，而且在熱處理諸多條件中，只要某一條件發(fā)生變化，鋼件的變形程度就會有很大變化。
盡管在相當(dāng)長時(shí)間還主要靠經(jīng)驗(yàn)和試探法去解決熱處理變形問題，但正確掌握模具鋼材鍛造、模塊取向、模具形狀、熱處理方法與熱處理變形的關(guān)系，從已經(jīng)積累的實(shí)踐數(shù)據(jù)中去把握熱處理變形規(guī)律，建立有關(guān)熱處理變形的檔案資料，卻是一項(xiàng)極有意義的工作。
四．脫碳
脫碳是由于鋼件在加熱或保溫時(shí)，因周圍氣氛的作用，使表面層部分的碳全部或部分喪失的現(xiàn)象和反應(yīng)。鋼件的脫碳不僅會造成硬度不足、淬裂和熱處理變形及化學(xué)熱處理缺陷，而且對疲勞強(qiáng)度、耐磨性及模具性能也有很大影響。
五．放電加工引起的裂紋
在模具制造中，采用放電加工（電脈沖及線切割）是越來越普遍采用的加工方法，但隨著放電加工的廣泛應(yīng)用，其引起的缺陷也相應(yīng)增多。
由于放電加工是借助于放電所產(chǎn)生的高溫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電加工變質(zhì)層，并產(chǎn)生800MPa左右的拉應(yīng)力，這樣，在模具的電加工過程中常出現(xiàn)變形或裂紋等缺陷，如下圖所示。
注塑模具放電加工引起的裂紋
因此，采用放電加工的模具，必須充分掌握放電加工對模具鋼材的影響，并預(yù)先采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止熱處理時(shí)的過熱和脫碳，并進(jìn)行充分回火以降低或消除殘留應(yīng)力。
為了充分消除淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，要進(jìn)行高溫回火，因此，應(yīng)采用能承受高溫回火的鋼種（如DC53型、ASP-23、高速鋼等），以穩(wěn)定的放電條件進(jìn)行加工；放電加工后，作穩(wěn)定化松弛處理；設(shè)置合理的工藝孔、槽；充分消除再凝固層，以便在健全的狀態(tài)下使用。
六．韌性不足
韌性不足的原因可能是淬火溫度過高，且保溫時(shí)間過長引起晶粒粗化造成的，或由于沒有避開回火脆性區(qū)進(jìn)行回火。
七．磨削裂紋
當(dāng)工件內(nèi)有大量的殘留奧氏體時(shí)，在磨削熱的作用下，發(fā)生回火轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生組織應(yīng)力，導(dǎo)致工件開裂。其預(yù)防措施是：淬火后進(jìn)行深冷處理或多次重復(fù)回火（模具回火一般為2-3次，即使是冷加工用低合金工具鋼也是如此），更大限度地降低殘留奧氏體量。
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