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模具制造過程中常用哪些熱處理工藝方法?
發布時間:2016-09-22 08:53:58 瀏覽次數:

 根據行業的要求,熱處理工藝主要分為整體熱處理、表面熱處理、化學熱處理三大工藝類型。而在模具制造中經常采用的是:退火、淬火、回火、調質等整體熱處理工藝,以及滲碳、滲氮、碳氮共滲等化學熱處理工藝。

熱處理工藝按工件在加工過程中要求或所處工序位置不同又可分為預備熱處理和最終熱處理兩類。

預備熱處理的目的在于消除先前加工所造成的某些缺陷,如晶粒粗大、帶狀組織等;或降低硬度適應以后機加工的需要;或為調整組織狀態、消除內應力為最終熱處理做好組織準備。預備熱處理一般指退火、正火和調質,主要對象是鍛件、鑄件和粗加工工件。

最終熱處理能使鋼件滿足在使用條件下的性能要求,如淬火、回火、化學或表面熱處理。有時,鋼材退火或正火能滿足使用性能要求,這時正火和退火也是最終熱處理。

一、退火及其目的、應用和分類

將鋼件加熱到臨界溫度以上20——30C,保溫一定時間后隨爐溫或在石灰、石英砂中緩慢冷卻下來,以得到接近平衡狀態組織的一種熱處理方法,稱為退火。

1、退火的目的

1、降低硬度,改善削性能

2、削除偏析,均勻成分,改善鑄造、軋制、鍛造和焊接過程中的組織缺陷,消除殘留應力。

3、細化晶粒,改善性能,并為最終熱處理準備良好的金相組織。

4、恢復塑性、韌性,便于冷變形加工。

5、消除內應力,穩定尺寸,減少淬火變形和裂紋。

2、退火的應用,退火工藝主要腹膜于鑄鍛件和冷壓件加工后,利用堆焊和焊接方法來強化或修補凹模后,都必須進行退火來消除應力。

3、退火的分類  退火可以細分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火等多種。

1、完全退火。完全退火是將亞共析鋼(碳的質量分數<0.77%)加熱到A3以上,保溫足夠的時間,使組織完全轉變成奧氏體冷卻。完全退火的目的是使鋼件軟化,以便于以后的機械切削加工或塑性變形加工;使鋼的晶粒細化、消除內應力以及為淬火準備適宜的組織。

為了達到上述目的,完全退火的加熱溫度通常規定為高于A3以上20——30C。但工模具鋼中經常含有鎢、鉻、鋁和釩等強碳化物形成元素,適當地提高奧氏體化溫度可使它們所形成的碳化物能夠較快地溶入奧氏體中。

一般完全退火需時較長。為了縮短工藝過程的時間,保溫后可盡快地把鋼件從退火加熱溫度降至稍低于下臨界溫度。此后,在珠光體轉變溫度范圍內用適當的冷卻速度緩冷,轉變成符合要求的金相組織和性能。

2、不完全退火。不完全退火對于亞共析鋼,加熱溫度在A1——A3之間,而對于過共析鋼則在A1——A3之間,通常稍高于下臨界溫度。

不完全退火與完全退火的區別在于前者只是部分地重結晶形成奧氏體,而后者則全部重結晶,完全轉變成奧氏體。因此,完全退火又稱結晶退火。

不完全退火的目的與完全退火近似,但由于在加熱溫度下不能完全重結晶,所以細化晶粒方面不如完全退火的好。但不完全退火的優點是加熱溫度低,所以不完全退火又有低溫退火之稱。

3、等溫退火。多用于工具鋼、合金鋼,可代替完全退火,縮短退火周期。目的在于改善金相組織,降低硬度,改善切削加工性能。

等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。但鋼經奧氏體化后,等溫退火以較快速度冷卻到A1以下,等溫一定時間,使奧氏體在等溫中發生珠光體轉變,然后以較快冷速(一般為空冷)冷至室溫。

4、球化退火。球化退火是碳的質量分類≥0.77%的模具鋼中應用最普遍的退火工藝。采用此工藝可使片層狀珠光體變成粒狀珠光體。由于粒狀珠光體硬度比片層狀珠光體低,因而改善了模具切削加工性能。

球化退火又是為淬火前做準備的一種熱處理工藝。當珠光體中存在片狀滲碳體或先共析網狀滲液體,會使鋼的力學性能下降、變脆,淬火時容易發生變形甚至開裂。如果使滲碳體球化則鋼的韌性明顯提高,加工性能明顯改善,淬火組織均勻,淬火后的工具鋒利且壽命提高。因此,對于高碳鋼、高碳合金鋼等工模具在淬火前一般進行一次球化退火。

5、均勻化退火。將鋼錠或鋼坯加熱到1000C以上,并較長時間保溫,使鋼中元素時行擴散,使之均勻分布消除偏析,幫均勻化退火又稱擴散退火。均勻化退火的同時也消除內應力,一般制造大模具時才使用均勻化退火,并直接在鋼廠完成此工序。

6、去應力退火。退火溫度一般在600——650C,目的是消除冷加工或粗加工產生的硬化、應力,主要是為后續加工或后續處理創造適當條件。

7、再結晶退火。再結晶退火又稱軟化退火。退火溫度一般在680——720C進行(合金鋼高于此溫度),目的是消除冷加工后的組織變形,消除加工硬化。

二、正火及其目的和應用

將鋼件加熱到臨界溫度(A3、Acm)以上30——50C,保溫一定時間使其完全奧氏體化。然后放在空氣中自然冷卻,這種熱處理工藝稱為正火。

正火和退火的區別是冷卻方法的不同。退火是在爐內以一定的降溫速度冷卻,冷卻速度較慢;正火則是在空氣中冷卻,正火比退火冷卻速度大。正火后所得的珠光休組織較細,強度、硬度比退火高。正火獲得細珠光體組織通常稱為索氏體。

正火的目的是:

1、對低碳鋼(WC0.25%)代替其完全退火,提高韌性,改善切削加工性能。

2、對過共析鋼可改善消除其網狀滲碳體,便于球化退火。

3、可細化晶粒,提高綜合力學性能,對要求不太高的結構零件,可用正火代替工藝復雜的調質,作為最終熱處理。

4、作為中碳結構鋼制作的較重要零件的預備熱處理。淬火前正火,可使組織細化,減少淬火變形和開裂傾向。有時可代替高頻淬火前調質。

由于采用正火工藝生產效率高、耗能少,碳的質量分數小于0.5%的碳素結構鋼應盡量采用正炎代替退火。

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