工程材料第12章模具热处理缺陷

图12-7 大型凹模
2.正确选材
图12-8所示为一 电子元件冲模，原用 T10A钢，水淬油冷变 形较大且易开裂，碱 浴淬火型腔又不易淬 硬，现改用9Mn2V钢 或CrWMn钢，淬火硬 度和变形都能符合要 求。
图12-8 电子元件冲模
12.2.2 合理安排工艺流程
1.合理安排工艺流程 图12-9所示是一半圆形模具，由于形状不对称，淬火时会产生显著的 扭曲变形。如在淬火前加工成整体的圆环，等热处理后再用锯片砂轮将 其切成两件，则不但降低成本，还可以减少变形。 2.根据特点预留加工余量 图12-10所示为一45钢的成型模，热处理后内孔会趋向胀大，故机械 加工时应预先留出负公差，使热处理后符合设计要求。
图12-6 槽形工件淬火前加筋
(4)采用组合式结构
如图12-7所示为一大 型凹模，若采用整体式结 构，不但热处理有困难， 而且淬火后型腔各处收缩 不一致，甚至会引起刃口 凹凸和平面扭曲，且在以 后的加工中难以补救。因 此，可采用组合式结构， 按图12-7中虚线分为四块， 经热处理后再拼装成型并 磨削再配合。这不仅使热 处理简化，而且解决了变 形问题。
2.模具的热处理裂纹与内应力
模具热处理裂纹通常是在内应力（拉应力）作用下表现出来的一 种脆性破坏状态。淬火时，易在模具表面附近产生非常大的拉应力， 故最易产生裂纹。但在淬硬层浅的情况下（如各种表面硬化），表面 附近常形成压应力，就不易产生裂纹。由于模具大部分是用高碳钢制 作的，因此要特别注意防止产生热处理裂纹。
12．2．4 采用合理的热处理工艺
12．3 模具热处理的其它缺陷及预防补救措施
12．3．1 氧化与脱碳
12．3．2 欠热、过热和过烧
12．3．3 淬火硬度不足与软点
12．3．4 回火缺陷
目录
12.1 模具热处理的主要缺陷
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。其中最主要的是模具在热处 理过程中的变形和开裂。
12.2.4 采用合理的热处理工艺
为了减少及预防工件淬火变形，除了合理 设计工件、合理选材、合理制定热处理技术要 求及工件毛坯正确进行热加工(铸、锻、焊)和 预先热处理外，更为重要的是在热处理方面必 须注意以下问题。
①合理选择加热温度: ②合理进行加热: ③正确选择冷却方式和冷却介质: ④正确掌握淬火操作方法:
形状比较简单的模具及实体的冲头，一般情况下不会产生淬火裂纹。 而尖角、截面厚度急变处及厚薄不均的地方则极易产生淬火裂纹，如 图12-1所示。
图12-1 模具淬火裂纹部位
12.2 减小模具热处理变形与控制模具热 处理开裂的措施
12.2.1 合理设计并正确选材 1.合理设计 (1)尽量避免尖角和厚薄相差悬殊的截面 应避免厚薄悬殊的截面、薄边及尖角。在模具的厚薄交 界处应平滑过渡。这样能有效降低模具截面的温差，减小热 应力，同时也可减小截面上组织转变的不同时性，减小组织 应力。 图12-2所示为模具采用过渡圆角与过渡圆锥。
12.3 模具热处理的其他缺陷及预防补救
措施
模具热处理常见的缺陷除了变形与开裂外，还有氧化与 脱碳、欠热、过热和过烧、淬火硬度不足与软点、回火缺陷 和表面腐蚀等。
12.3.1 氧化与脱碳 1.氧化 2.脱碳 12.3.2 欠热、过热和过烧 1.欠热 2.过热 3.过烧 12.3.3 淬火硬度不足与软点 1.硬度不足 2.软点 模具上硬度不足的小区域称为软点。软点往往是工件磨 损或疲劳损坏的中心，因此重要工件上不允许存在软点。
形成软点的原因大致有: ①原材料缺陷:如钢中存在大块铁素体或带状组织。 ②欠热:因加热温度太低或保温时间不足，使奥氏体成 分不均匀，或亚共析钢中铁素体未全部溶入奥氏体。 ③冷却不均:模具在淬火介质中搅动不充分、淬火加热 时堆放在一起、模具表面有氧化皮等污物附着以及淬火介质 中混有肥皂、油污等，都会造成模具冷却不均匀，使局部小 区域发生高温转变而形成软点。 ④表面脱碳:模具表面局部脱碳或渗碳后表面存在低碳 浓度区，也会形成软点。
图12-2 模具采用过渡圆角与过渡圆锥
图12-3所示为凹模的合理壁厚。
图12-3 凹模的合理壁厚
（2）适当增加工艺孔 对于有些实在无法保证截面均匀及对称的模具，应在 不影响使用性能的前提下，变不通孔为通孔，或者适当 增加一些工艺孔。
图12-4（a）所示为一型腔狭窄的凹模，淬火后会产生 如虚线所示的变形。如设计时能增加两Βιβλιοθήκη Baidu工艺孔，如图124（b）所示，则减小了淬火过程中截面的温差，降低了热 应力，使变形情况有了明显的改善。
图12-9 半圆形模具
图12-10 成型模
12.2.3 合理进行锻造和预先热处理
1.合理进行锻造 实践证明，合理进行锻造是减小热处理变形、 保证模具有较高寿命的关键。对合金钢如CrWMn， Cr12，Cr12MoV钢,尤其重要。这类钢能实现低变形 的前提是经充分锻造，使钢内部碳化物偏析程度达 到最小。 2.预先热处理 模具变形与开裂不仅与淬火过程中产生的应力 有关，而且与淬火前的原始组织和残余内应力有关 。因此，必须对模具毛坯进行必要的预先热处理。
图12-4 Cr12MoV钢凹模
图12-5所示也是增加工艺孔或变不通孔为通孔的实 例，可减小因厚薄不均而增大的开裂敏感性。
图12-5 模具增加工艺孔或变不通孔为通孔
(3)尽可能采用封闭及对称结构 模具形状为开口或不对称结构时，淬火后应力分布不 均匀，极易变形。所以一般易变形的槽形模具，应尽量在淬 火前留筋，淬火后再切除。 图12-6所示的槽形工件，原来淬火后在R处发生变形， 经加筋(图12-6中阴影线部分)后，有效地防止了淬火变形。
第12章 模具热处理的缺陷及防止措施
12．1 模具热处理的主要缺陷
12．1．1 模具热处理内应力
12．1．2 模具的热处理变形
12．1．3 模具的热处理裂纹
12．2 减小模具热处理变形与控制模具热处理开裂的措施
12．2．1 合理设计并正确选材
12．2．2 合理按排工艺流程
12．2．3 合理进行锻造和预先热处理
12.1.1 模具热处理内应力 1.热应力 2.组织应力
12.1.2 模具的热处理变形 1.模具热处理变形的形式 2.模具热处理变形的趋向 （1）由热应力引起的变形趋向 （2）由组织应力引起的变形趋向 （3）由组织转变引起的变形趋向
12.1.3 模具热处理裂纹 1.模具热处理裂纹的种类 此外，热处理裂纹还可根据其存在部位和深度分为以下三类: （1）深裂纹 （2）细微表面裂纹 （3）内部裂纹