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      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點以上產生很大的熱應力;當冷到Ms點以下時,奧氏體向馬氏體轉變,產生組織應力,但由于碳素工具鋼淬透性差,所以組織應力的數值不大。加上其Ms點不高,在發生馬氏體組織轉變時,鋼的塑性已經很差,不易發生塑性變形,因此,就保留了熱應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℃),也可能因組織應力起主導作用,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小,一般用空冷、風冷、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。

      若用碳素結構鋼(如45鋼)或某些合金結構鋼(如40Cr)制作模具,則因其Ms點較高,當表面開始馬氏體轉變時,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。

      高碳高合金鋼(如Cr12型鋼)中碳化物偏析對淬火變形的影響特別明顯。由于碳化物偏析造成鋼加熱至奧氏體狀態后的成分不均勻性,因而,不同區域的Ms點就會有高有低。在同樣冷卻條件下,奧氏體向馬氏體轉變就有先有后,轉變后的馬氏體就因含碳量不同而比容有大有小,甚至有一些低碳、低合金區域可能根本得不到馬氏體(而得到貝氏體、屈氏體等),所有這些都會造成零件淬火后的不均勻變形。

      不同的碳化物分布形態(呈顆粒狀或纖維狀分布),對基體脹縮的影響也不同,因而也會影響熱處理后的變形,一般是順著碳化物纖維方向型腔脹大,且較顯著;而垂直于纖維方向則縮小,但不顯著,有些廠為此特作了規定,型腔所在面應與碳化物纖維方向垂直,以減小型腔的變形,當碳化物呈顆粒狀均勻分布時,則型腔表現為均勻的脹縮。

      此外,最終熱處理之前的組織狀態對變形也有一定的影響,例如,原始組織為球狀珠光體的就比片狀珠光體的在淬火后變形傾向要小。所以,變形要求嚴格的模具,常在粗加工后先進行一次調質處理,然后再進行精加工及最終熱處理。

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