冷挤压冷作模具的热处理缺陷

HEATS · 发表于 2010-9-12 14:17:57

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　　冷挤压是一种高效、高精的少切削加工工艺，广泛适用于机械制造等行业。采用冷挤压工艺，可以在常温下使金属在模腔内产生塑性变形，从而获得所需尺寸形状和一定性能的产品。与其它工艺相比，冷挤压可以节材30%-50%，节能40%-80%，还具有可加工形状复杂零件等优点。因此，冷挤压工艺的发展，带动了冷挤压冷作模具的热处理革新与进步。

　　冷挤压冷作模具的热处理缺陷防止途径和方法，简介如下：

　　1.防止冷作模具的热处理缺陷基本途径

　　利用相变体积胀缩效应—增加残余奥氏体含量；直接形成贝氏体；利用深冷处理调节体积胀缩；利用回火调节体积胀缩；合理配置模块的流线方向；淬火前体积预胀缩处理。

　　降低淬火热应力及组织应力—消除毛坯中的残余应力；加热及冷却过程中温度均匀；优选冷却方式，控制应力平衡

　　提高断裂抗力及塑性变形抗力—碳化物分布细小，圆匀；获得板条状隐晶状马氏体，避免显微裂纹；奥氏体晶粒细化；及时回火消除淬火应力。

　　限形、整形防护及校正—利用相变超塑性效应，限形、整形；对危险部位进行防护；利用局部热应力整形。

　　2.防止冷作模具的热处理缺陷主要工艺方法

　　⑴低温调质处理—稍高于A1--A1+20-40℃点温度预淬火及550℃-650℃*2--4h高温回火。其体积小于退火状态，再经常规淬火时可显著减少体积和尺寸膨胀程度。

　　⑵消除应力回火—精密模具在精加工前进行除应力回火(530—550℃或680—700℃*2min/mm、炉冷至400℃空冷)，消除冷加工残余应力，减少淬火变形量。

　　⑶薄弱部位的防护—对模具易淬裂、翘曲的部位用石棉绳或石棉板进行包扎、填塞；对易胀缩的方向，外加刚性支架、拉杆、预留工艺墙等结构强化措施；钻铣工艺型孔使型腔形状匀称化，加塞热平衡型芯、板块改善降温均匀性。

　　⑷合理选择淬火加热工艺—在淬火加热过程中的受热均匀性、装炉的方式对淬裂及变形有很大的影响。加热工艺的要点；在盐浴炉中可用静态加热、局部加热、多次加热、合理吊挂及避开电极等，在箱式炉中可用合理放置、装箱架空加热或快速加热等。另外，根据不同钢号和冷却方法可用低温或高温淬火工艺。

　　⑸合理选择淬火冷却工艺—根据模具型腔的形状和易裂部位状态可用空气预冷、局部预冷、恒温预冷、合理使用淬火介质、合理的冷却操作、分级淬火、冷--热浴复合分级淬火或整形淬火等工艺的应用。

　　⑹回火工艺—合金钢制作的冷作模具，热处理后在放置过程中有时会发生开裂和变形。这是由于淬火冷却终止温度过高就转入回火炉中回火，在随后的冷却过程中残余奥氏体向淬火马氏体转变所致。另外，高合金钢如果回火不充分，在随后的磨削加工中，因表面磨削温度将残余奥氏体中碳的析出，使该处Mf点上升而出现淬火马氏体，在组织应力和热应力作用下，使模具表面产生龟裂或型孔开裂。这些可通过多次回火来解决，经充分回火后，对需线切割或磨削加工的模具，事前进行140—160℃*12-24h热油时效，可克服加工过程中自行碎裂或尺寸变化。

　　⑺热处理变形的校正—利用回火过程应力松弛效应，促使弹性变形向塑性变形转化而校正翘曲。用残余奥氏体在低温下的马氏体转变膨胀效应，校正Cr12系钢模具在过热淬火造成的体积收缩。用淬火热应力(无相变加热后热缩处理)使模具型腔收缩，常用于校正变形、旧模具翻新和冷加工超差模具的补救。

　　3.提高冷作模具使用寿命的方法

　　⑴表面防护--冷作模具的表面质量极为重要，即使存在轻微的脱碳、晶界内氧化或过度渗碳均将明显恶化其强韧性。因此，在淬火加热过程中，妥善保护表面，对于发挥模具钢的耐磨强韧性能潜力，保证和提高模具寿命，具有重要的作用。

　　⑵真空淬火—是确保模具表面无缺陷，并可脱除部分有害杂质的热处理工艺，能显著提高模具的强韧性及使用寿命。由于真空设备价格较贵，对于一般小企业可用外接机械泵的简易真空罐加热，冷却时取出真空罐通入氮气，或开罐取出分级淬火。

　　⑶选择合适的淬火温度--淬火加热规范决定了奥氏体的实际晶粒度，从而对马氏体的形态及回火后的性能都有显著的影响。对低淬透性模具钢提高淬火温度，有利于提高钢的抗压屈服强度与热稳定性，但使韧性下降。对高合金钢模具用淬火温度下限，可提高韧性、减少变形和开裂。

　　⑷晶粒及碳化物的微细化处理--奥氏体晶粒和碳化物微细化处理，可同时起到提高模具的强度、韧性与耐磨性的作用。

　　⑸喷液淬火—以高速、高压液流对冷镦、冷冲模型孔或表面进行淬火，具有强烈的冷却作用，能提高淬硬层深度和硬度，加大表层残余压应力。

　　⑹分级淬火和等温淬火—可提高冷作模具的强韧性。

　　⑺形变热处理—综合利用形变强化及相变强化效应。可大幅度提高冷作模具强韧性，从而提高重载冷作模具的使用寿命，但实际应用还存在很多工艺问题。

　　⑻冷处理—将淬火后的模具钢降温到-50℃至-80℃称为冷处理，降温到-150至-195℃称为深冷处理。深冷处理比冷处理更能提高硬度及耐磨性。

　　⑼合理的回火工艺—回火处理是消除或降低模具的内应力、调节强度和韧性的重要工序。另外，为了提高模具的使用性能，在回火时需避开材料的回火脆性温度区。

　　⑽表面强化处理(表面合金化)--模具工作型面直接承受机械载荷，是磨损、咬合、断裂失效的发源地。对模具进行表面强化处理(以化学热处理为主)，是提高使用寿命的重要途径。其主要作用为提高模具的耐磨性、提高抗咬合能力、减少冲压成型力、兼顾耐磨性和强韧性及提高疲劳断裂抗力等

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