目前,在模具制造中,已開始應(yīng)用電火花加工、成型磨削、線切割等新工藝,較好地解決了復(fù)雜模具的加工和熱處理變形問題。然而,這些新工藝由于受到各種條件的限制,尚未能普遍應(yīng)用。因此,如何減少模具的熱處理變形,目前仍是一個很重要的問題。
一般模具要求精度較高,經(jīng)熱處理以后,又不便于甚至不可能再進行加工和校正,因此,在熱處理后,即使組織性能已達到要求,但如變形超差,仍然因無法挽救而報廢,這樣不僅影響生產(chǎn),而且還造成經(jīng)濟上的損失。
有關(guān)熱處理變形的一般規(guī)律,這里不作討論,以下針對影響模具變形的一些因素作簡要的分析。
一、模具材料對熱處理變形的影響
材料對熱處理變形的影響,包括鋼的化學(xué)成分及原始組織兩方面的影響。
從材料本身來看,主要通過成分對淬透性、Ms點等的影響而影響熱處理變形。
碳素工具鋼在正常淬火溫度進行水-油雙液淬火時,在Ms點以上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力;當(dāng)冷到Ms點以下時,奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生組織應(yīng)力,但由于碳素工具鋼淬透性差,所以組織應(yīng)力的數(shù)值不大。加上其Ms點不高,在發(fā)生馬氏體組織轉(zhuǎn)變時,鋼的塑性已經(jīng)很差,不易發(fā)生塑性變形,因此,就保留了熱應(yīng)力作用所造成的變形特征,模具型腔趨向收縮。但若淬火溫度提高(>850℃),也可能因組織應(yīng)力起主導(dǎo)作用,而使型腔趨向于脹大。
在用9Mn2V,9SiCr,CrWMn,GCr15鋼等低合金工具鋼制作模具時,其淬火變形規(guī)律與碳素工具鋼相似,但變形量要比碳素工具鋼要小。
對于一些高合金鋼,如Cr12MoV鋼等,由于其碳及合金元素含量較高,Ms點較低,因而淬火后有較多的殘余奧氏體,它對由于馬氏體而致的體積膨脹有抵消作用,因此,淬火后的變形就相當(dāng)小,一般用空冷、風(fēng)冷、硝鹽浴淬火時,模具型腔趨于微量脹大;若淬火溫度過高,則殘余奧氏體量增加,型腔也可能縮小。
若用碳素結(jié)構(gòu)鋼(如45鋼)或某些合金結(jié)構(gòu)鋼(如40Cr)制作模具,則因其Ms點較高,當(dāng)表面開始馬氏體轉(zhuǎn)變時,心部溫度尚較高,屈服強度較低,有一定的塑性,表面對心部的瞬時拉伸組織應(yīng)力,易于超過心部的屈服強度而使型腔趨向脹大。
鋼的原始組織對淬火變形也有一定的影響。這里所指的“鋼的原始組織”,包括鋼中夾雜物的級別、帶狀組織級別、成份的偏析程度、游離碳化物分布的方向性等,以及由于不同的預(yù)先熱處理而得到的不同組織(如珠光體、回火索氏體、回火屈氏體等)。對模具鋼來說,主要考慮的是碳化物偏析、碳化物的形狀和分布形態(tài)。