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此外,终热处理之前的组织状态对变形也有一定的影响,例如,原始组织为球状珠光体的就比片状珠光体的在淬火后变形倾向要小。所以变形要求严格的模具,常在粗加工后先进行一次调质处理,然后再进行精加工及终热处理。
二、模具几何形状对变形的影响
模具几何形状对热处理变形的影响,实际上仍是通过热应力、组织应力来起作用的。由于模具的形状是多种多样的,要从中总结出确切的变形规律,目前还很困难。
对于对称型的模具,可根据型腔尺寸、外形尺寸及高度来考虑型腔的变形倾向。当模具的壁薄、高度小时,则较易于淬透,这时有可能是组织应力起主导作用,因此,型腔常趋向胀大。反之,壁厚、高度大,则不易淬透,此时可能是热应力起主导作用,因此,型腔常趋向缩小。这里所说的是一般趋势,在生产实践中,还须结合零件的具体形状,所采用的钢种及热处理工艺等来加以考虑,通过实践不断总结出经验来。由于实际生产中,模具的外形尺寸往往不是主要的工作尺寸,且变形后还可通过磨加工等加以校正,所以上面分析的主要是型腔的变形趋势。
对于不对称的模具的变形,同样也是热应力、组织应力综合作用的结果。例如,对薄壁薄边的模具,由于模壁薄,淬火时内外温差小,因而热应力小;但容易淬透,组织应力较大,所以变形趋向于型腔胀大。
为了减小模具的变形,热处理部门应与模具设计部门共同研究,改善模具设计,如尽可能避免截面大小相差悬殊的模具结构、模具形状力求对称、复杂模具用拼合结构等。
当不能改变模具形状时,为了减小变形,还可以采取一些其它的措施。这些措施总的考虑是改善冷却条件,使各部分得以均匀冷却;此外,也可以辅助以各种强制措施,以限制零件的淬火变形。例如,增加工艺孔,就是使各部分均匀冷却的一个措施,即在模具某些部分开孔,使模具各个部分得以均匀地冷却以减小变形。也可在淬火后容易胀大的模具外围用石棉包住,以增大内孔与外层的冷却差异,使型腔收缩。在模具上留筋或加筋是减少变形的又一种强制措施,它特别适用于型腔胀大的凹模,及槽口易胀大或缩小的模具。
三、热处理工艺对模具变形的影响
1、加热速度的影响
一般来说,淬火加热时,加热速度越快,则模具中产生的热应力越大,易于造成模具的变形开裂,尤其对于合金钢及高合金钢,因其导热性差,尤需注意进行预热,对于一些形状复杂的高合金模具,还需采取多次分级预热。但在个别情况下,采用快速加热有时反而可以减少变形,这时仅加热模具的表面,而中心还保持“冷态”,所以相应地减少了组织应力和热应力,且心部变形抗力较大,从而减少了淬火变形,根据一些工厂经验,用于解决孔距变形方面有一定效果。
2、加热温度的影响
淬火加热温度的高低影响材料的淬透性,同时对奥氏体的成分与晶粒大小起作用。
(1)从淬透性方面看,加热温度高,将使热应力增大,但同时使淬透性增高,因此组织应力也增大,并逐渐占主导地位。例如。碳素工具钢T8、T10、T12等,在一般淬火温度淬火时,内径表现为缩的倾向,但若提高淬火温度到≥850℃时,则由于淬透性增大,组织应力逐渐占主导地位,因而内径可能表现为胀的倾向。
(2)从奥氏体成分看,淬火温度提高使奥氏体含碳量增加,淬火后马氏体的正方度增大(比容增大),从而使淬火后体积增大。
(3)从对Ms点影响细看,淬火温度高,则奥氏体晶粒粗大,将使零件的变形开裂倾向增大。
综合上述,对所有的钢种,尤其是某些高碳的中、高合金钢,淬火温度的高低会明显影响模具的淬火变形,因此,正确选择淬火加热温度是很重要的。
一般来说,选择过高的淬火加热温度对变形是没有好处的。在不影响使用性能的前提下,总是采用较低的加热温度。但对一些淬火后有较多残余奥氏体的钢号(如Cr12MoV等),也可通过调整加热温度,改变残余奥氏体量,以调节模具的变形。
3、淬火冷却速度的影响
总的来说,在Ms点以上增大冷速,会使热应力显增加,结果使热应力引起的变形趋向增大;在Ms点以下增大冷速则主要使组织应力引起的变形趋向增大。
对于不同的钢种,由于Ms点的高低不同,因而在采用同一淬火介质时,有不同的变形趋向。同一钢种如采用不同的淬火介质,由于它们的冷却能力不同,因而也有不同的变形趋向。
例如,碳素工具钢的在Ms点比较低,因而采用水冷时,热应力的影响往往占上风;而采用由冷时,则可能是组织应力占上风。
在实际生产中,模具常采用分级或分级-等温淬火时,通常均未完全淬透,故往往以热应力的作用为主,使型腔趋于收缩,不过由于这时热应力不是很大,因此总的变形量是比较小的。若采用水-油双液淬火或油淬时,引起的热应力较大,型腔收缩量将增大