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模具制造过程中常用哪些热处理工艺方法?
发布时间:2016-09-22 08:53:58 浏览次数:

 根据行业的要求,热处理工艺主要分为整体热处理、表面热处理、化学热处理三大工艺类型。而在模具制造中经常采用的是:退火、淬火、回火、调质等整体热处理工艺,以及渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处理工艺。

热处理工艺按工件在加工过程中要求或所处工序位置不同又可分为预备热处理和最终热处理两类。

预备热处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、带状组织等;或降低硬度适应以后机加工的需要;或为调整组织状态、消除内应力为最终热处理做好组织准备。预备热处理一般指退火、正火和调质,主要对象是锻件、铸件和粗加工工件。

最终热处理能使钢件满足在使用条件下的性能要求,如淬火、回火、化学或表面热处理。有时,钢材退火或正火能满足使用性能要求,这时正火和退火也是最终热处理。

一、退火及其目的、应用和分类

将钢件加热到临界温度以上20——30C,保温一定时间后随炉温或在石灰、石英砂中缓慢冷却下来,以得到接近平衡状态组织的一种热处理方法,称为退火。

1、退火的目的

1、降低硬度,改善削性能

2、削除偏析,均匀成分,改善铸造、轧制、锻造和焊接过程中的组织缺陷,消除残留应力。

3、细化晶粒,改善性能,并为最终热处理准备良好的金相组织。

4、恢复塑性、韧性,便于冷变形加工。

5、消除内应力,稳定尺寸,减少淬火变形和裂纹。

2、退火的应用,退火工艺主要腹膜于铸锻件和冷压件加工后,利用堆焊和焊接方法来强化或修补凹模后,都必须进行退火来消除应力。

3、退火的分类  退火可以细分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火等多种。

1、完全退火。完全退火是将亚共析钢(碳的质量分数<0.77%)加热到A3以上,保温足够的时间,使组织完全转变成奥氏体冷却。完全退火的目的是使钢件软化,以便于以后的机械切削加工或塑性变形加工;使钢的晶粒细化、消除内应力以及为淬火准备适宜的组织。

为了达到上述目的,完全退火的加热温度通常规定为高于A3以上20——30C。但工模具钢中经常含有钨、铬、铝和钒等强碳化物形成元素,适当地提高奥氏体化温度可使它们所形成的碳化物能够较快地溶入奥氏体中。

一般完全退火需时较长。为了缩短工艺过程的时间,保温后可尽快地把钢件从退火加热温度降至稍低于下临界温度。此后,在珠光体转变温度范围内用适当的冷却速度缓冷,转变成符合要求的金相组织和性能。

2、不完全退火。不完全退火对于亚共析钢,加热温度在A1——A3之间,而对于过共析钢则在A1——A3之间,通常稍高于下临界温度。

不完全退火与完全退火的区别在于前者只是部分地重结晶形成奥氏体,而后者则全部重结晶,完全转变成奥氏体。因此,完全退火又称结晶退火。

不完全退火的目的与完全退火近似,但由于在加热温度下不能完全重结晶,所以细化晶粒方面不如完全退火的好。但不完全退火的优点是加热温度低,所以不完全退火又有低温退火之称。

3、等温退火。多用于工具钢、合金钢,可代替完全退火,缩短退火周期。目的在于改善金相组织,降低硬度,改善切削加工性能。

等温退火的加热工艺与完全退火相同。但钢经奥氏体化后,等温退火以较快速度冷却到A1以下,等温一定时间,使奥氏体在等温中发生珠光体转变,然后以较快冷速(一般为空冷)冷至室温。

4、球化退火。球化退火是碳的质量分类≥0.77%的模具钢中应用最普遍的退火工艺。采用此工艺可使片层状珠光体变成粒状珠光体。由于粒状珠光体硬度比片层状珠光体低,因而改善了模具切削加工性能。

球化退火又是为淬火前做准备的一种热处理工艺。当珠光体中存在片状渗碳体或先共析网状渗液体,会使钢的力学性能下降、变脆,淬火时容易发生变形甚至开裂。如果使渗碳体球化则钢的韧性明显提高,加工性能明显改善,淬火组织均匀,淬火后的工具锋利且寿命提高。因此,对于高碳钢、高碳合金钢等工模具在淬火前一般进行一次球化退火。

5、均匀化退火。将钢锭或钢坯加热到1000C以上,并较长时间保温,使钢中元素时行扩散,使之均匀分布消除偏析,帮均匀化退火又称扩散退火。均匀化退火的同时也消除内应力,一般制造大模具时才使用均匀化退火,并直接在钢厂完成此工序。

6、去应力退火。退火温度一般在600——650C,目的是消除冷加工或粗加工产生的硬化、应力,主要是为后续加工或后续处理创造适当条件。

7、再结晶退火。再结晶退火又称软化退火。退火温度一般在680——720C进行(合金钢高于此温度),目的是消除冷加工后的组织变形,消除加工硬化。

二、正火及其目的和应用

将钢件加热到临界温度(A3、Acm)以上30——50C,保温一定时间使其完全奥氏体化。然后放在空气中自然冷却,这种热处理工艺称为正火。

正火和退火的区别是冷却方法的不同。退火是在炉内以一定的降温速度冷却,冷却速度较慢;正火则是在空气中冷却,正火比退火冷却速度大。正火后所得的珠光休组织较细,强度、硬度比退火高。正火获得细珠光体组织通常称为索氏体。

正火的目的是:

1、对低碳钢(WC0.25%)代替其完全退火,提高韧性,改善切削加工性能。

2、对过共析钢可改善消除其网状渗碳体,便于球化退火。

3、可细化晶粒,提高综合力学性能,对要求不太高的结构零件,可用正火代替工艺复杂的调质,作为最终热处理。

4、作为中碳结构钢制作的较重要零件的预备热处理。淬火前正火,可使组织细化,减少淬火变形和开裂倾向。有时可代替高频淬火前调质。

由于采用正火工艺生产效率高、耗能少,碳的质量分数小于0.5%的碳素结构钢应尽量采用正炎代替退火。

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