模具热处理缺陷及预防

杜纬

1．模具表面有软点

7 |- l# z" z2 i* J, I2 V/ v* z* H模具热处理后表面有软点,将影响模具的耐磨性、减少模具的使用寿命。
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（1）产生原因

1）模具在热处理前表面有氧化皮、锈斑及局部脱碳。
; L5 {) R5 q' N8 t7 z$ Q3 ^8 Q6 H2）模具淬火加热后，冷却淬火介质选择不当，淬火介质中杂质过多或老化。
  F3 g) a: m% c1 A1 n7 x- H# m! g
; W  F; ]  {+ T* g* K- A（2）预防措施

( M( H* t4 {6 `+ Z* v1）模具热处理前应去除氧化皮、锈斑，在淬火加热时适当保护模具表面，应尽量采用真空电炉、盐浴炉和保护气氛炉中加热。

2）模具淬火加热后冷却时，应选择合适的冷却介质，对长期使用的冷却介质要经常进行过滤，或定期更换。

2．模具热处理前组织不佳
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, I  I- X0 S& K) {模具最终球化组织粗大不均、球化不完善，组织有网状、带状和链状碳化物，这将使模具在淬火后易产生裂纹，造成模具报废。
) ^5 N0 I* ^4 q  T1 U! s
8 t, U2 I$ n& i, B6 t0 {/ ?（1）产生原因

1）模具钢材料原始组织存在严重碳化物偏析。
  d) S, ?4 o) H" Y% S  N1 ^2）锻造工艺不佳，如锻造加热温度过高、变形量小、停锻温度高、锻后冷却速度缓慢等，使锻造组织粗大并有网状、带状及链状碳化物存在，使球化退火时难以消除。
! n: |" ?/ l* @6 m- [3 p& E3）球化退火工艺不佳，如退火温度过高或过低，等温退火时间短等，可造成球化退火组织不均或球化不良。

$ G3 i/ b6 G& W9 j（2）预防措施

1）一般应根据模具的工作条件、生产批量及材料本身的强韧化性能，尽量选择品质好的模具钢材料。
2）改进锻造工艺或采用正火预备热处理，来消除原材料中网状和链状碳化物及碳化物的不均匀性。
3）对无法进行锻造的碳化物偏析严重的高碳模具钢可进行固溶细化热处理。
4）对锻造后的模坯制定正确的球化退火工艺规范，可采用调质热处理和快速匀细球化退火工。
5）合理装炉，保证炉内模坯温度的均匀性。
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3．模具产生淬火裂纹
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模具在淬火后产生裂纹是模具热处理过程中的最大缺陷，将使加工好的模具报废，使生产和经济造成很大损失。
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（1）产生的原因
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1）模具材料存在严重的网状碳化物偏析。
; f8 R6 r% q2 W' f7 D3 b* z6 \2）模具中存在有机械加工或冷塑变形应力。
2 x3 A$ F! u6 {4 W$ {. Z3）模具热处理操作不当（加热或冷却过快、淬火冷却介质选择不当、冷却温度过低、冷却时间过长等）。
0 }0 V( Z2 H+ o9 M7 o6 F4）模具形状复杂、厚薄不均、带尖角和螺纹孔等，使热应力和组织应力过大。
1 @6 s! P. k! n9 O+ P/ D5）模具淬火加热温度过高产生过热或过烧。
7 w. ?; Y. q: o- Q0 E  R$ N6）模具淬火后回火不及时或回火保温时间不足。
& E2 L- l+ Y0 M2 v8 k) X. @7）模具返修淬火加热时，未经中间退火而再次加热淬火。
8）模具热处理的，磨削工艺不当。
9）模具热处理后电火花加工时，硬化层中存在有高的拉伸应力和显微裂纹。
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（2）预防措施
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0 \, p# Q  k% }8 r1）严格控制模具原材料的内在质量
2）改进锻造和球化退火工艺，消除网状、带状、链状碳化物，改善球化组织的均匀性。、
3）在机械加工后或冷塑变形后的模具应进行去应力退火（>600℃）后再进行加热淬火。
4）对形状复杂的模具应采用石棉堵塞螺纹孔，包扎危险截面和薄壁处，并采用分级淬火或等温淬火。
5）返修或翻新模具时需进行退火或高温回火。
6）模具在淬火加热时应采取预热，冷却时采取预冷措施，并选择合适淬火介质。
0 r+ ]1 H# s: o8 `" `+ ]" a/ O7）应严格控制淬火加热温度和时间，防止模具过热和过烧。
- ?. m* {" w3 S( @; W0 C1 c8）模具淬火后应及时回火，保温时间要充分，高合金复杂模具应回火2-3次。
9）选择正确的磨削工艺和合适的砂轮。
10）改进模具电火花加工工艺，并进行去应力回火。
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- s$ U: z: r; f4．模具淬火后组织粗大
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- `' }  e* w4 v7 W模具淬火后组织粗大，将严重影响模具的力学性能，使用时将会使模具产生断裂，严重影响模具的使用寿命。
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（1）产生的原因
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/ \6 P2 X6 _- u9 r# Z0 d. a# k6 s1 {1）模具钢材混淆，实际钢材淬火温度远低于要求模具材料的淬火温度（如把GCr15钢当成3Cr2W8V钢）。
2 \0 K- k# U  _5 P# Z0 Q3 M; F% R# h  K2）模具钢淬火前未进行正确的球化处理工艺，球化组织不良。
3）模具淬火加热温度过高或保温时间过长。
4）模具在炉中放置位置不当，在靠近电极或加热元件区易产生过热。
5）对截面变化较大的模具，淬火加热工艺参数选择不当，在薄截面和尖角处产生过热。

（2）预防措施
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' L, C, s2 S) _7 D( F- h1）钢材入库前应严格进行检验，严防钢材混淆乱放。
2）模具淬火前应进行正确的锻造和球化退火，以确保良好的球化组织。
3）正确制定模具淬火加热工艺规范，严格控制淬火加热温度和保温时间。
! A  t0 m" {2 V. \+ o( q* R4）定期检测和校正测温仪表，保证仪表正常工作。
5）模具在炉中加热时应与电极或加热元件保持适当的距离。

* f4 L& z7 j0 Q* x- l% Z0 `5．模具硬度低或不均匀
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: \  X/ `  g9 I8 P1 D7 E模具热处理后硬度偏低或硬度不均匀将使模具耐磨性降低，使模具早期失效，严重影响模具的使用寿命。

（1）产生的原因

1）大型模具选用了淬透性低的钢种。
9 \/ T/ `+ [! p+ H8 ?" @2）模具钢材原始组织中碳化物偏析严重。
3）模具锻造工艺不正确，锻后未进行很好的球化，使模具钢球化组织不良。
4）模具表面残留有退火脱碳层或淬火加热时产生脱碳层。
  m2 w" C( {, k! s7 S' T4 M) p8 q5）模具淬火温度过高，淬火后残留奥氏体量过多；或淬火温度过低，使模具钢相变不完全。
6）模具淬火加热后冷却速度慢，分级、等温过高或时间过长、冷却介质选择不当。
7）淬火介质中含杂质过多或老化。
8）模具淬火冷却后出淬火介质时温度过高、冷却不足。
9）回火不充分及回火温度过高。
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（2）预防措施

1）正确选用模具钢种，大型模具应选用淬透性高的高合金模具钢。
4 @. v) [( t5 Q7 _+ k2）选择合理的锻造工艺和球化退火工艺，保证有良好的预备热处理组织。
3）模具热处理前应彻底消除模具表面的锈斑和氧化皮，并注意加热时的保护，在有条件的情况下尽量采用真空加热或保护气氛加热，盐浴加热时应进行良好的脱碳处理。
7 Y, }: i" Y: t6 Y4 [) H" _4）正确制定模具淬火回火工艺规格，回火要充分。
5）应选用合适的冷却介质和冷却方式。
: g& c6 ]  F4 [2 D& E6）要严格控制碱浴水分含量，对长期使用的淬火油要经常进行过滤及定期更换。
7）对硬度要求高的模具可采用深冷处理。
, s) L8 ^$ U# s. f! L9 {5 J  P  y) d8）为了提高模具的硬度和使用寿命，对淬火后的模具可进行表面强化处理（如渗氮或氮碳共渗热处理等）。6．模具表面脱碳

4 ~, k) w$ G5 R! f, f) G. e% J" o6 B模具在热处理时由于保护不良，模具表面脱碳，使模具淬火后的硬度大大降低，严重影响模具的使用寿命。
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. ~1 m% N, g/ P7 ?3 U（1）产生的原因

6 h& ?+ F# J- A0 ]1）模具在箱式或井式电阻炉中加热时，模具表面产生脱碳。
# Q: H9 P; A+ [2）在盐浴炉加热时，盐浴老化，未能很好地进行脱氧处理。
3）模具的工、夹具向盐浴中带进铁锈。

/ x; r2 ~; M, T4 H/ i, N2 T（2）预防措施

7 l6 N: B, h: j) r6 j$ x5 V0 W1）模具在空气电炉中加热时，要采用保护气氛或保护措施（如涂料保护等）。
2）盐浴加热时，盐的质量必须符合标准的要求，并经300~500℃×2~4h的烘干脱水处理。
) L5 v0 J; p) d9 J6 o% C3 v3）盐浴应定期脱氧，严格控制盐浴中的氧化物含量，并定期清除炉渣，以免盐浴中氧化物增长过快。
4）在有条件的情况下，应尽量采用真空加热。

7．模具腐蚀

模具在盐浴加热时，由于盐浴中氧化物的腐蚀，使模具表面质量较差，另外空气中加热时间的氧化，脱碳和硝盐中的分级淬火和等温淬火时也会对模具产生腐蚀，如不能时清除，将严重影响模具表面的硬度和使用性能，降低模具的使用寿命。
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! J9 Y+ R. c4 q  R（1）产生的原因
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$ }: c# ]; X' Z8 B6 a& {6 ~3 i1）在空气炉中加热模具表面保护不良。
2）在盐浴炉中碳酸盐或硫酸盐的含量过高。
$ [5 _8 G' T7 i3）盐浴中脱氧不良。
4）模具和夹具向盐浴炉中带进氧化物。
5）模具在400~500℃的硝盐中分级冷却时，所产生的氧化腐蚀。
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. X: |: l8 m9 c- Z4 g, T0 p& W$ }（2）预防措施
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1）在有条件的情况下尽量采取真空加热，在空气炉中加热时应采用保护气氛或保护措施。
2）应严格控制盐浴中碳酸盐的含量，不用黄血盐作高温盐浴脱氧剂，加活性碳除硫酸盐，并严格进行脱氧。
3）模具和夹具在盐浴加热前应清理表面，避免向盐浴中带入氧化物。
) x. S: M* ?$ K4）用硝酸盐分级冷却时，应定期检查硝盐成分，硝酸盐使用温度应低于500℃。
% Y3 T  w; Y  B. s5）模具淬火、回火后应及时清除模具表面残盐。

" Q7 ]7 [; F/ j5 |  }0 ~' F4 ]8．模具的变形

模具热处理时由于热应力、组织应力和热处理工艺操作不当将会产生变形，将会影响模具的变形，是模具热处理过程的主要缺陷之一，前面已经介绍。
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9．改进工艺减少模具热处理缺陷的产生

) P1 K' H9 g0 b' V. v- O模具在热处理过程中产生的一些缺陷：如模具的变形与开裂、硬度偏低或不均匀、模具内部组织粗大、不佳，模具表面脱碳、腐蚀、有软点等缺陷，其产生的原因是复杂的，但是只要掌握其产生的原因，采取相应措施，模具热处理缺陷是能够减少的，也是能够控制的。一般来说对模具主要热处理缺陷可采取以下措施来预防：
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1）合理选材。对大型复杂模具应选材质好、淬透性好模具钢，对碳化物偏析严重的模具钢应进行合理锻造并进行调质热处理。对较大和无法锻造的模具钢可进行固溶双细化热处理。

) W3 p, M$ t8 p* e) u5 k9 C9 l9 U2）模具结构设计要合理，形状要对称，厚薄不要太悬殊，螺纹孔要设置合理。对有脱碳的模具在热处理前进行切除。模具在淬火加热前对其表面的锈斑要清除干净。
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3）对要求较高的模具要进行预备热处理，消除机械加工过程中产生的残留应力。

$ p9 m" v' q, ]( D  Z& @/ b$ p4）模具应尽量采用真空加热，采用空气电阻炉中加热时应采取保护气氛或保护措施；在采用盐浴炉加热时应严格控制盐浴成分并定期脱氧捞渣，盐浴加热冷却后应及时清除模具表面的协渣。

% R" t* B0 z) y- o: ?$ z5）合理选择加热温度，控制加热速度和保温时间，并定期检查炉温仪表。

. W8 E* e1 a- e" u- Z+ @& x! N3 P3 V6）在保证模具硬度的前提下，要尽量选择冷却性能合适的淬火介质，尽量选用预冷、分级冷却淬火或等温淬火工艺。
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: x0 s, ^2 Y/ \/ H: ^, c7）根据模具的形状和大小要采取正确的装炉方法（如装炉方式和装炉位置，尽量避免模具靠近电阻丝和盐炉电极）和正确冷却操作方法，可有效减少热处理缺陷的产生。

8）模具淬火后应及时进行回火，回火要充分。
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以上这些措施可有效地减少模具热处理缺陷的产生，提高模具的使用寿命。