精密模具热处理变形及其预防

模具热处理变形是模具热处理过程中的主要缺陷之一。一些精密复杂的模具常因热处理变形而报废，因此精密复杂模具的变形控制一直是热处理生产中的关键问题。
　　众所周知，在热处理过程中，特别是淬火过程中，模具截面各部分加热和冷却速度不一致以及结构转变不及时造成的温差，使得模具截面各部分的体积膨胀和收缩不均匀，结构转变不均匀，从而造成模具内外温差造成的“结构应力”和热应力。当其内应力超过模具的屈服极限时，就会容易引起我国模具结构变形。
因此，减少和控制精密复杂模具的变形是热处理工人的一个重要研究课题。
　　本文主要论述了减少和控制进行精密复杂模具结构变形的措施，以提高我国模具设计产品的质量和使用寿命。

　　一、模具材料的影响
　　1.模具材料选择
考虑到选材和热处理的方便性，T10A钢由某机械厂选用，制造截面尺寸不同、淬火后变形小的复杂模具，要求硬度为56-60HRC。热处理后，模具硬度符合企业技术发展要求，但模具变形影响较大，不能通过使用，导致模具报废。随后，该厂采用微变形钢Cr12，经热处理后，模具硬度和变形量均达到要求。
　　因此，为了中国制造技术精度高、变形小的复杂模具，需要我们尽可能进行选择微变形钢，如气淬钢。
　　2.模具材料的影响
一家工厂送来了一批60毫米圆孔的复合Cr12MoV钢模具。热处理后，一些圆孔出现一个椭圆形，导致我国模具进行报废。
一般而言，cr12mov 钢是一种微变形钢，不适合大变形。对严重影响变形模具的金相组织分析研究表明，模具钢中存在需要大量共晶碳化物，呈条状和块状分布。
(1)模具椭圆(变形)的原因是模具钢中存在一定方向分布的不均匀碳化物，其膨胀系数比钢基体小30%左右。加热时防止中国模具内孔膨胀，冷却时防止由于模具内孔收缩，造成影响模具内孔变形产生不均匀，模具使用圆孔椭圆。(2)预防措施在制造精密复杂模具时，尽量选用低碳化物偏析的模具钢，而不是廉价的模具钢，选用质量较差的小钢厂生产的模具钢。碳化物偏析现象严重的模具钢应合理进行锻造，以打破碳化物块，降低碳化物主要分布情况不均匀的等级，消除安全性能的各向异性。（3）模具钢锻造后应进行选择调质技术处理，获得碳化物分布比较均匀、细小、分散的索氏体组织，从而可以减少材料热处理后精密结构复杂模具的变形。（4）对于不同尺寸影响较大或无法进行锻造的模具，可采用固溶细化分析处理，细化碳化物，使其更加均匀分布，使棱角变圆，从而可以达到企业减少模具热处理变形的目的。二、模具结构设计的影响
一些模具材料和钢材质都很好，往往是因为模具结构设计不合理,比如薄边、尖角、凹槽、陡阶、厚薄不均等。导致热处理后模具的大变形。

　　1、变形的原因
　　由于我国模具设计各部分厚度不均匀或尖圆角，淬火时模具企业不同作用部位的热应力和显微组织内部应力的差异问题导致各部位体积膨胀的差异，从而可以导致淬火后模具变形。
　　2.预防措施
　　在设计模具时，模具厚度与非对称结构的差异应尽量减小，在模具厚度的交界处应采用平滑过渡等结构设计。根据我国模具的变形发展规律，预留加工余量，使模具企业不会因淬火后模具结构变形而报废。
对于形状特别复杂的模具，可以使用给定的结构，以便在淬火过程中均匀冷却。
　　三、模具制造过程及残余应力的影响
　　在工厂中经常可以发现，一些不同形状进行复杂、精度高的模具经过热处理后变形影响很大。经过仔细研究，发现模具在加工和热处理过程中没有经过任何预热处理。
　　1.变形原因
加工过程中的残余应力和淬火后的应力叠加在一起，增加了热处理后模具的变形。
　　2.预防措施
　　（1）粗加工后，半精加工前，应进行分析一次有效应力可以消除不同退火，即在（630-680）3-4小时炉内冷却至500以下，然后空冷，或在4002-3小时进行应力消除处理。
(2)降低淬火温度，降低淬火后的残余应力。
　　（3）170淬火油，空冷（分段淬火）。
　　（4）等温淬火处理工艺技术可以通过降低淬火残余应力。
　　上述措施可以降低残余应力，减少模具淬火后的变形。
　　四、热处理和加热过程的影响
　　1、加热速度的影响
一般认为模具热处理后变形是由冷却引起的，这是不正确的。模具，尤其是复杂的模具，往往对模具的变形有很大的影响。对比一些模具加热过程，可以清楚的看到加热速度较快，往往会产生较大的变形。
　　（1）变形的原因
　　任何金属受热都会膨胀。钢材加热时，同一模具内各部分工作温度分布不均匀（即加热不均匀），必然结果导致我国模具内各部分膨胀不一致，从而因加热不均匀而形成内应力。在钢的转变点以下的温度下，加热不均匀主要产生热应力，当温度超过转变温度时，加热不均匀也会产生不及时的结构转变，不仅会产生结构应力。所以进行加热处理速度越来越快，模具表面与型芯的温差越大，应力越大，热处理后模具的变形能力越大。
　　（2）预防控制措施当复杂以及模具进行加热到相变点以下时，应缓慢通过加热。一般来说，真空热处理的模具变形比盐浴炉小得多。采用不同预热，低合金钢模具设计可采用具有一次性进行预热（550-620）；高合金作为刚性以及模具应采用一个二次预热（550-620和800-850）。
　　2.加热温度的影响
为了保证模具的高硬度，一些厂家认为有必要提高淬火温度。然而，生产实践表明，这种方法是不合适的。对于一个复杂模具，淬火可以采用具有相同的加热系统温度，在允许上限进行温度下加热后的热处理变形能力远大于允许下限温度下的热处理变形。
　　（1）变形原因
　　众所周知，淬火温度越高，钢的晶粒越大。因为较大的晶粒尺寸可以增加淬透性，所以淬火和冷却过程中产生的应力越大。此外，由于大多数复杂模具采用中高合金钢制造，如果淬火温度较高，由于Ms点较低，组织中的残余奥氏体量会增加，这将增加模具热处理后的变形。
　　（2）预防措施
　　在保证模具设计技术发展条件的情况下，应合理进行选择通过加热温度，并尽可能选择一个较低的淬火加热温度，以降低冷却时的应力，从而能够减少环境复杂的热处理变形。
　　动词（verb的缩写）残余奥氏体的影响
一些高合金模具钢，如Cr12MoV钢，在低温下淬火和回火。长度、宽度、高度都有所收缩，这是淬火后残余奥氏体过多造成的。
　　1.变形原因
　　合金钢（如Cr12MoV钢）淬火后含有中国大量的残余奥氏体，钢中各种社会组织发展具有自己不同的比容，奥氏体的比容*较小，这是高合金钢材料模具经低温进行淬火温度回火后体积可以减小的主要问题原因。各种钢结构的比容按以下顺序递减:马氏体-回火索氏体-珠光体-奥氏体
　　2.预防措施
　　（1）适当可以降低淬火处理温度。如上所述，淬火温度越高，残余奥氏体越大。因此，选择合适的淬火温度是降低模具收缩率的重要措施。一般在保证模具设计技术发展要求的情况下，要考虑模具的综合系统性能，适当可以降低模具的淬火温度。
　　（2）有数据表明，淬火后，500回火的残余奥氏体量小于200回火的残余奥氏体量，因此在保证模具技术要求的前提下，应适当提高回火温度。生产实践表明，500回火的Cr12MoV钢模具变形量小，但硬度下降不大（2~3HRC）。
　　（3）模具淬火后的冷处理是减少残余奥氏体量的优良工艺，也是稳定使用过程中减少模具变形和尺寸变化的优良措施。因此，对于精密复杂的模具，一般应采用深冷处理。