模具钢热处理出现的缺陷及预防措施

【摘要】模具人都知道，通常退火模具钢在制作模具时通常要经过热处理这道工序。那么，模具钢在最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷及分析。

模具的热处理包括预备热处理、最终热处理及表面强化处理。

通常热处理缺陷是指模具在最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷，如淬裂、变形超差、硬度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的早期破坏等。下面作较细致的分析。

一．淬裂

淬裂情况如下图所示，原因及预防措施如下：

模具淬裂图

1．形状效应。主要是设计因素造成的，如：圆角R过小，孔穴位置设置不当，截面过渡不好。

2．过热（过烧）。主要是由控温不准或跑温、工艺设置温度过高、炉温不均等因素造成，预防措施包括检修、校对控温系统、修正工艺温度、在工件与炉底板间加垫铁等。

3．脱碳。主要由过热（或过烧）、空气炉无保护加热、机加余量小、锻造或预备热处理残留脱碳层等因素造成。预防措施为可控气氛加热，盐浴加热，真空炉、箱式炉采用装箱保护或使用防氧化涂料；机加工余量加大2-3mm。

4．冷却不当。主要是冷却剂选择不当或过冷造成，应当掌握淬火介质冷却特性或回火处理。

5．模具钢材组织不良。如碳化物偏析严重、锻造质量差、预备热处理方法不当等。预防措施是采用正确的锻造工艺和合理的预备热处理制度。

二．硬度不足

硬度不足的原因和预防措施如下：

1．淬火温度过低。主要是由于工艺设置温度不当、控温系统误差、装炉或进入冷却槽方法不当等原因造成，应该修正工艺温度，检修校核控温系统，装炉时，工件间隔合理摆放均匀，分散入槽，禁止堆积或成捆入槽冷却。

2．淬火温度过高。这是由工艺设置温度不当或控温系统误差造成，应当修正工艺温度，检修校核控温系统。

3．过回火。这是由回火温度设置过高、控温系统故障误差或炉温过高时入炉造成，应当修正工艺温度，检修校核控温系统，不高于设置炉温装入。

4．冷却不当。原因是预冷时间过长，冷却介质选择不当，淬火介质温度渐高而冷却性能下降，搅拌不良或出槽温度过高等。措施：出炉、入槽等要快；掌握淬火介质冷却特性；油温60-80℃，水温30℃以下，当淬火量大而使冷却介质升温时，应添加冷却淬火介质或改用其它冷却槽冷却；加强冷却剂的搅拌；在Ms+50℃时取出。

5．脱碳。这是由原材料残留脱碳层或淬火加热时造成，预防措施为可控气氛加热，盐浴加热，真空炉、箱式炉采用装箱保护或使用防氧化涂料；机加工余量加大2-3mm。

三．变形超差

在机械制造中，热处理的淬火变形是绝对的，而不变形才是相对的。换句话说，只是一个变形大小的问题。这主要是由于热处理过程中马氏体相变具有表面浮凸效应。 预防热处理变形（尺寸变化和形状变化）是一项非常困难的工作，在许多情况下，不得不依靠经验加以解决。这是因为不仅钢种和模具形状对热处理变形有影响，不当的碳化物分布状态及锻造和热处理方法同样会引起或加剧，而且在热处理诸多条件中，只要某一条件发生变化，钢件的变形程度就会有很大变化。

尽管在相当长时间还主要靠经验和试探法去解决热处理变形问题，但正确掌握模具钢材锻造、模块取向、模具形状、热处理方法与热处理变形的关系，从已经积累的实践数据中去把握热处理变形规律，建立有关热处理变形的档案资料，却是一项极有意义的工作。

四．脱碳

脱碳是由于钢件在加热或保温时，因周围气氛的作用，使表面层部分的碳全部或部分丧失的现象和反应。钢件的脱碳不仅会造成硬度不足、淬裂和热处理变形及化学热处理缺陷，而且对疲劳强度、耐磨性及模具性能也有很大影响。

五．放电加工引起的裂纹

在模具制造中，采用放电加工（电脉冲及线切割）是越来越普遍采用的加工方法，但随着放电加工的广泛应用，其引起的缺陷也相应增多。

由于放电加工是借助于放电所产生的高温而使模具表面熔化的加工方法，因此，在其加工表面形成白色的放电加工变质层，并产生800MPa左右的拉应力，这样，在模具的电加工过程中常出现变形或裂纹等缺陷，如下图所示。

注塑模具放电加工引起的裂纹

因此，采用放电加工的模具，必须充分掌握放电加工对模具钢材的影响，并预先采取相应的预防措施，防止热处理时的过热和脱碳，并进行充分回火以降低或消除残留应力。

为了充分消除淬火时产生的内应力，要进行高温回火，因此，应采用能承受高温回火的钢种（如DC53型、ASP-23、高速钢等），以稳定的放电条件进行加工；放电加工后，作稳定化松弛处理；设置合理的工艺孔、槽；充分消除再凝固层，以便在健全的状态下使用。

六．韧性不足

韧性不足的原因可能是淬火温度过高，且保温时间过长引起晶粒粗化造成的，或由于没有避开回火脆性区进行回火。

七．磨削裂纹

当工件内有大量的残留奥氏体时，在磨削热的作用下，发生回火转变，从而产生组织应力，导致工件开裂。其预防措施是：淬火后进行深冷处理或多次重复回火（模具回火一般为2-3次，即使是冷加工用低合金工具钢也是如此），最大限度地降低残留奥氏体量。