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热处理对模具失效的影响及对策

2011-11-15 16:51| 发布者: fansiyuan| 查看: 18852| 评论: 0|来自: 中国材料显微镜网

摘要: 模具作为昂贵的机械加工装备,如何减少损耗,延长其使用寿命,成为技术人员普遍面临的课题。本文就热处理对模具的影响提出一些个人看法,仅供大家参考。
摘要   模具作为昂贵的机械加工装备,如何减少损耗,延长其使用寿命,成为技术人员普遍面临的课题。本文就热处理对模具的影响提出一些个人看法,仅供大家参考。
关键词  模具  失效  热处理
一、模具失效的形式、原因及对策


二、热处理对模具失效的影响因素
     由于模具是在极其恶劣的条件下服役,故模具要有足够的强度、韧性、抗摩擦性及咬合性能等。而上述性能的获得除与原材料、工作状况有关外,更重要的是通过热处理工艺改变金属组织及含量、结构、最大限度地提高模具的综合性能。而热处理又是依加热----保温---冷却三大隐蔽过程完成的。故影响质量的因素复杂。
1预处理
     即模具毛胚的退火,调质及应力处理等。其目的在于消除金属残存的组织缺陷、应力等,形成有利于热处理及淬火的良好条件。该工艺温度、时间、及冷却工艺的正确与否,都对模具失效及质量做出反应。例:
     T8A钢制冲头  经碳化物微细化预处理后再加低温淬火+回火,可以减少冲头崩裂,使模具提高寿命10倍。
     Cr12MoV钢冷冲模   经高温奥氏体化退火+等温退火的预处理后,不但细化晶粒,消除碳化物不均匀性,并使模具服役寿命提高1倍。
     9SiCr钢滚丝模   按常规处理,其晶粒度为8—9级,后经超细化预热处理可以达13~14级,抗弯强度及断裂强度分别提高30%和40%。可有效地防止早期失效,寿命可提高1倍。
2、淬火
     由于加热温度较高,稍有不慎,即会发现晶粒粗大、氧化脱碳、强度、钢性不佳等。淬火中的快速冷却会形成应力隐患,导致模具在服役中早期失效。例:
     4Cr5MoSiV钢制铝合金压铸模,在使用2000余次时发生疲劳开裂,经检测发现模具表面强度为HRC40~44。心部为HRC43~44,且裂纹处有0.1mm的贫碳区,呈粗针马氏体,故判为淬火温度过高,保护不良,表面脱碳所为。
     反之,淬火温度过低,易出现网状铁素体,形成沿铁素体的脆性断裂,如铬钢冲头在服役中断裂,镜分析呈马氏+铁素体组织,即加热不足所为。
3.回火
     回火在于消除因力,获得合理的硬度,均匀而正确的金相组织,而应力消除程度又与温度、时间成正比关系。见图1:
下图2所示拉深零件,由于工作条件恶劣。



     原为Cr12MoV钢经淬火+回火常规热处理,温度要求HRC57,仅能拉深1000件即早期失效,后改为T10A钢采用淬火+中温回火后硬度为HRC55。平均寿命达4000件,而后又改为380~400℃回火,使其硬度在HRC48,则寿命可达6000~8000件。
而Cr12MoV钢制冲头,冲厚2.5mm的钢板,常规淬火+210℃回火硬度降至HRC58~62,寿命仅有1000件,后采用中温410℃回火,硬度降至HRC57~59。不但克服了模具的早期失效,且冲件达到10000件,寿命提高10倍。
     由此可见,回火温度和所获硬度对寿命有巨大影响,而且对应力的消除程度、变形等作出反映。
4.软点
     淬火加热中,因温度不均匀、保护不良、严重氧化或冷却介质中的污染等,均可造成硬度不均,而使模具强度受损,在模具使用中将出现塌角、变形、掉块等弊病,这对冷镦模、剪切模和中模尤为重要。
5.硬化层
     磨损失效除与模具硬度过低,或淬硬层过浅有关外,还与化学热处理硬化层有关,若热处理工艺不当,尤其是淬火温度、时间以及冷却介质能力和钢材选择等因素,均可影响淬硬度层导致刃口发钝、抗压强度下降、局部塌陷、变形等早期失效。
模具在渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗化学热处理中由于工艺或配方不适,操作不当也会出现渗层、硬化层不均或过浅等弊端,出现刃口不锋利、咬合、啃刃口、粘模、塌陷、氧化腐蚀和硬化层脱落等失效,严重影响模具的寿命。
三、防止模具失效的热处理对策
1、    服役中的低温去应力回火
     模具在长期服役中,尤其是热作模具在巨大的冲压力和和温度的双重应力作用下,将发生不均匀的塑性变形及金属组织的变化,从而产生可观的内应力,当这种潜在应力聚集到极限时,金属将会出现开裂、崩块、变形等失效。故小于500g的铝压铸模在使用1万次在模具服役一段时间后,应增加低温去应力回火处理,以防止早期失效。如100g的铝压铸模在使用2.5万次,大于500g的铝压铸模在使用500次后,进行低温去应力回火与未去应力回火者有明显不同,前者较后者早期失效的下降25%。
2、    精化热处理工艺
     如φ175mm×233mm的3Cr2W8V钢热压模冲头,其被冲压坯料要在900℃中加热后,置于4000KN水压机中热压成形。原冲头热处理工艺如图3所示,,平均寿命仅有1200件,即以开裂和磨损的形式失效,后改为图4所示热处理工艺,其平均寿命提高64%,以热疲劳失效。


     还有W18Cr4V钢的电池冲压拉深模,原采用常规热处理工艺,仅能拉深锌筒2万件,表面因拉伤和脆断而失效。后改为图5复合热处理工艺后,单头可拉深6万件,双头达10万件以上,节约制模材料、工时,具有明显经济效益。



3、    增加调质工序
      调质在模具加工中不仅是获得良好力学性能,改善切削性能的手段,更重要的在于能改善金属内部组织,获得均匀细小颗粒的碳化物,减少网状和带状碳化物偏析及其它缺陷等,这为模具成形后减少变形、防止开裂、减少应力、防止模具在热处理中及服役中的失效有一定作用,一般调质工序在下料→锻造→退火→粗加工成形→调质→精加工成形→淬火回火→磨刃口→装配流程中,调质后的高温回火,由于不要求索氏体组织及性能,故回火温度可高于常温回火温度,以顺利地精加工成形。实践证明,经上述工艺流程的模具其变形量较小,即模具的最大变形发生在粗加工后、精加工成形前的调质中。
4、    合理锻造
      在锻造中依据材料选择加热温度,方式及加热时间和锻造次数、停锻温度等,并应采取反复横向锻拔、镦拔和多项镦拔、扁方锻造以及对角锻造等,使残余网状、带状碳化物消除,碳化物级别<2级。经锻造后的钢材流线应合理分布,流线平行于型腔短轴或垂直于型腔端面,呈幅射状以最大限度减少应力和隐患,防止模具早期失效。
5、    采用新钢种
      模具用钢对其寿命影响甚大,因此选用一些具有良好的抗拉、抗弯强度和有较好淬透性的新型钢种对延长模具寿命有明显提高。
6、    正确的电加工及磨削
      该工序也是产生应力叠加造成失效的原因之一,故正确的电加工、磨削工艺是防止模具失效的又一途径。
7、    改进模具设计结构
      为减少模具在机加工、热处理及使用中的应力,模具在设计时应尽可能采取型腔对称法,截面均匀法、边孔最少法、尖角避免法及圆弧多用法的模具设计院原则。


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