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一(yī).模具材料對熱處理變形的影響
材料對熱處理變形的(de)影響,包括(kuò)鋼的化學成分及原(yuán)始組織兩(liǎng)方麵的影響。
從材料本身來看,主要通過成分對淬透性、Ms點(diǎn)等的影響而影(yǐng)響熱(rè)處(chù)理變(biàn)形(xíng)。
碳素工具鋼在正常淬火溫度進行水(shuǐ)-油雙液淬火時,在Ms點以(yǐ)上產生很大(dà)的熱應力;當冷到Ms點以下時,奧氏體向馬(mǎ)氏體轉變,產生組織應力,但(dàn)由於碳素工具鋼淬透性(xìng)差,所以組織(zhī)應力的數值(zhí)不大。加上其Ms點不高,在發生馬氏體組織轉變時,鋼的塑性已經很(hěn)差,不易發生塑性變(biàn)形,因此,就保留了(le)熱應力作用所造成的變形特征,模具型腔趨向收(shōu)縮。但(dàn)若淬火溫度(dù)提高(>850℃),也可能因組織應(yīng)力起主導作用,而使型腔趨向(xiàng)於(yú)脹大。
在用9Mn2V、9SiCr、CrWMn、GCr15鋼等低合金工具鋼製作模具時(shí),其(qí)淬火變形(xíng)規律與碳素工具鋼(gāng)相似,但變形量要比碳素工具鋼要小。
對於一些(xiē)高合金鋼,如Cr12MoV鋼等,由於(yú)其碳及合金元素含量較高,Ms點較低,因而淬火後有較多的殘餘奧氏體,它對由(yóu)於馬氏體而(ér)致(zhì)的體積膨脹有抵(dǐ)消作用,因此,淬火後的變形就相當小,一般用空冷、風(fēng)冷、硝鹽浴淬火時,模(mó)具型腔趨於微量脹大;若淬火溫(wēn)度過(guò)高,則殘餘奧氏體量增加,型腔也可能縮小。
若用碳素結構(gòu)鋼(如45鋼)或(huò)某些合金結構(gòu)鋼(如40Cr)製作模具(jù),則因其(qí)Ms點較高,當表麵開始馬氏體轉變時,心(xīn)部溫度尚較(jiào)高,屈(qū)服強度較(jiào)低,有一定的塑性,表麵對心部的瞬時拉伸組織(zhī)應力,易於超過心部的屈服強(qiáng)度而使型腔趨向脹大。
高碳高合金鋼(如Cr12型鋼)中碳化物偏析對淬火變形(xíng)的影響特(tè)別明顯。由於碳化物偏析造成鋼加熱至奧氏體狀態後的成分不均勻性,因而,不同(tóng)區域的Ms點就會有(yǒu)高有低。在同(tóng)樣冷卻條件下,奧氏體向馬氏體(tǐ)轉變就有先有後,轉變(biàn)後的馬氏體就因含(hán)碳(tàn)量不同而比容有大(dà)有小,甚至(zhì)有一些(xiē)低碳、低合金區域可能根本得不到馬氏體(而得到貝氏體、屈氏體等),所有這些都會造成零件淬火後的不均勻變形。
此外,最終熱處理之前的組織狀態對變(biàn)形也有一定的影(yǐng)響,例(lì)如,原始組織為球狀(zhuàng)珠光體的就比片狀珠光體(tǐ)的在淬火後(hòu)變形傾向要小。所以變(biàn)形要求嚴格的模具,常在粗加工後先進行一次(cì)調質處理,然後再(zài)進行精加工及最終熱處理。
二.模具幾何形狀對變形的影響
模(mó)具幾何形狀對熱處理變形的(de)影響,實際(jì)上仍(réng)是通過熱應力、組織應力來起作用的(de)。由於(yú)模具的形狀是多種多樣的,要從中總結出確切的(de)變形(xíng)規律,目前還很困難。
對於對稱型的模具,可根據型腔尺寸、外形(xíng)尺寸及高度來考慮(lǜ)型(xíng)腔的變形傾向。當模具的壁薄(báo)、高度(dù)小時,則較易於淬透,這時(shí)有可能是組織應力起主導作用(yòng),因此,型腔常趨向脹大。反之,壁厚、高度大(dà),則不易淬透,此時可能是熱應力起主導作用,因此,型腔常趨向縮小。這裏(lǐ)所(suǒ)說的是一般趨(qū)勢,在生產實踐中,還須結合零件的具體(tǐ)形狀,所采用(yòng)的鋼種及(jí)熱處理工(gōng)藝等來加以考慮,通過(guò)實踐不斷總結(jié)出經驗來。由於實際生產中,模(mó)具的外形尺寸往往不是主要(yào)的(de)工作尺寸,且(qiě)變形後還可通過磨削加工等加以校正(zhèng),所以上麵分析的主要(yào)是型腔的變形趨勢。
對於不(bú)對稱(chēng)的模具的變形,同樣也是熱應力、組織應力綜合作用的(de)結果。例如,對薄(báo)壁薄邊的模具(jù),由於模壁薄,淬火(huǒ)時(shí)內外溫差小,因而熱應(yīng)力小;但容易淬透(tòu),組織應力較大,所以變(biàn)形趨向於型腔脹大。
為了減(jiǎn)小模具的變形(xíng),熱處理部門應與模具設計部門共同研究,改善模具(jù)設計,如(rú)盡可能避免截麵大小相差懸殊的模具結構(gòu)、模具形狀力(lì)求對稱、複雜模具用拚合結構等。
當不能改變模具形狀時,為了(le)減小變形(xíng),還可以(yǐ)采(cǎi)取(qǔ)一(yī)些其它的措施。這(zhè)些措施總的考慮是改善冷(lěng)卻條(tiáo)件,使各部分得以均勻冷卻;此外,也可以輔(fǔ)助以(yǐ)各種強製(zhì)措施,以限製零件的淬火變形(xíng)。例如,增(zēng)加工藝孔,就是(shì)使各部分均勻冷卻的一個措施(shī),即在模(mó)具某些部(bù)分(fèn)開孔,使(shǐ)模具各個部分得以均(jun1)勻地冷卻以減小變形。也可在淬(cuì)火後容易脹大的(de)模具外圍用石棉包住,以增大內孔與外層的冷(lěng)卻差異(yì),使型腔(qiāng)收縮(suō)。在模具上(shàng)留筋或加筋是減少變形的又一種強製措施,它特別適用(yòng)於型腔脹大的凹模,及槽(cáo)口(kǒu)易脹大或縮小的模具。
三.熱處理工藝對模具變形的影響
1.加熱速度的影響
一般來說,淬火加熱時,加熱速(sù)度越快,則模具中產生的熱應力越大,易於(yú)造成模具的變形開裂,尤其對於(yú)合金鋼及高合金鋼,因其導熱性差,尤(yóu)需注(zhù)意進行預熱,對於一些(xiē)形狀複雜的高合金(jīn)模具,還需采取(qǔ)多次分級預熱。但在個別情況下,采用快速加熱有時反而可以減少變形,這時僅加熱模具的表麵,而中(zhōng)心還保持“冷態”,所以相應地減(jiǎn)少了組(zǔ)織應(yīng)力和熱應力,且心部變形抗力較大,從而減少(shǎo)了淬火變形。根據一些工廠經(jīng)驗,用於解決孔距(jù)變形方麵有一定效果(guǒ)。
2.加熱(rè)溫度(dù)的影響
淬火加(jiā)熱溫度的(de)高低影響材料的淬透性,同(tóng)時對奧氏體的成分與(yǔ)晶粒大小起作用。從(cóng)淬透性方麵看,加熱溫度高,將使熱應力增大(dà),但同時使淬透性增高,因此(cǐ)組織應力也增大,並逐(zhú)漸占主導地位。
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