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熱處理變形是模具處理過程的主要缺陷，精密復(fù)雜模具常因熱處理變形而報(bào)廢，控制精密復(fù)雜模具的變形一直成為熱處理生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。

模具在在淬火過程中，由于模具截面各部分加熱和冷卻速度的不一致而引起的溫度差，使得模具截面各部分體積脹縮不均勻，組織轉(zhuǎn)變的不均勻，從而引起“組織應(yīng)力”和模具內(nèi)外溫差所引起的熱應(yīng)力。當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過模具的屈服極限時(shí),就會(huì)引起模具的變形或者碎裂！

一、模具材料的影響

1．模具材質(zhì)的影響

某廠一批Cr12MoV鋼較復(fù)雜模具，模具都帶有￠60mm圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓，造成模具報(bào)廢。

一般來說Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。對(duì)變形嚴(yán)重的模具進(jìn)行金相分析發(fā)現(xiàn)，模具鋼中含有大量共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。

（1）模具橢圓（變形）產(chǎn)生的原因這是因?yàn)槟＞咪撝谐室欢ǚ较蚍植嫉牟痪鶆蛱蓟锏拇嬖冢蓟锏呐蛎浵禂?shù)比鋼的基體組織?。常埃プ笥?，加熱時(shí)它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時(shí)又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻的變形，使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓。

（2）預(yù)防措施①在制造精密復(fù)雜模具時(shí)，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產(chǎn)的材質(zhì)較差鋼材。②對(duì)存在碳化物嚴(yán)重偏析的模具鋼要進(jìn)行合理鍛造，來打碎碳化物晶塊，降低碳化物不均勻分布的等級(jí)，消除性能的各向異性。③對(duì)鍛后的模具鋼要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細(xì)小和彌散的索氏體組織、從而減少精密復(fù)雜模具熱處理后的變形。④對(duì)于尺寸較大或無法鍛造的模具，可采用固溶雙細(xì)化處理，使碳化物細(xì)化、分布均勻，棱角圓整化，可達(dá)到減少模具熱處理變形的目的。

2．模具的選材

制造精密復(fù)雜、要求變形較小的模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等。

二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

即使模具選材和鋼的材質(zhì)都很好，但是如果模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變的臺(tái)階、厚薄懸殊等，也容易造成模具熱處理后變形較大。

1、變形的原因

由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時(shí)引起模具各部位之間的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的不同，導(dǎo)致各部位體積膨脹的不同，使模具淬火后產(chǎn)生變形。

2、預(yù)防措施

設(shè)計(jì)模具時(shí)，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少模具厚薄懸殊，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)模具的變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，在淬火后不致于因?yàn)槟＞咦冃味鼓＞邎?bào)廢。對(duì)形狀特別復(fù)雜的模具，為使淬火時(shí)冷卻均勻，可采用給合結(jié)構(gòu)。

三、熱處理加熱工藝的影響

1、加熱速度的影響

模具熱處理后的變形一般都認(rèn)為是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是復(fù)雜模具，加工工藝的正確與否對(duì)模具的變形往往產(chǎn)生較大的影響，對(duì)一些模具加熱工藝的對(duì)比可明顯看出，加熱速度較快，往往產(chǎn)生較大的變形。

任何金屬加熱時(shí)都要膨脹，由于鋼在加熱時(shí)，同一個(gè)模具內(nèi)，各部分的溫度不均（即加熱的不均勻）就必然會(huì)造成模具內(nèi)各部分的膨脹的不一致性，從而形成因加熱不均的內(nèi)應(yīng)力。在鋼的相變點(diǎn)以下溫度，不均勻的加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過相變溫度加熱不均勻，還會(huì)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性，既產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與心部的溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱處理后產(chǎn)生的變形也越大。

對(duì)復(fù)雜模具在相變點(diǎn)以下加熱時(shí)應(yīng)緩慢加熱，一般來說，模具真空熱處理變形要比鹽浴爐加熱淬火小得多。采用預(yù)熱，對(duì)于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱（550-620℃）；對(duì)于高合金剛模具應(yīng)采用二次預(yù)熱（550-620℃和800-850℃）。

2、加熱溫度的影響

一些廠家為了保證模具達(dá)到較高硬度，認(rèn)為需提高淬火加熱溫度。但是生產(chǎn)實(shí)踐表明，這種做法是不恰當(dāng)?shù)模瑢?duì)于復(fù)雜模具，同樣是采用正常的加熱溫度下進(jìn)行加熱淬火，在允許的上限溫度加熱后的熱處理變形要比在允許的下限溫度加熱的熱處理變形大得多。

四、殘留奧氏體的影響

一些高合金模具鋼，如Cr12MoV鋼模具在淬火和低溫回火后，模具的長、寬、高皆發(fā)生縮小現(xiàn)象，這是因?yàn)槟＞叽慊鸷髿埩魥W氏體量過多而引起的。

1、變形原因

因合金鋼（如Cr12MoV鋼)淬火后含有大量殘留奧氏體，鋼中各種組織有不同的比體積，奧氏體的比體積最小，這是高合金鋼模具淬火低溫回火后體積發(fā)生縮小的主要原因。鋼的各種組織的比體積按下列順序遞減：馬氏體-回火索氏體-珠光體-奧氏體

2、預(yù)防措施

（1）適當(dāng)降低淬火溫度。正如前面敘述過的淬火加熱溫度越高，殘留奧氏體量越大，因此選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸺訜釡囟仁菧p少模具縮小的重要措施。一般在保證模具技術(shù)要求的情況下，要考慮模具的綜合性能，適當(dāng)降低模具的淬火加熱溫度。

（2）一些數(shù)據(jù)表明，Cr12MoV鋼模具淬火后，500℃回火較200℃回火的殘留奧氏體量少了一半，所以在保證模具技術(shù)要求的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高回火溫度。生產(chǎn)實(shí)踐表明：Cr12MoV鋼模具500℃回火模具變形量最小，而硬度降低不多（2~3HRC）。

（3）模具淬火后采取冷處理是減少殘留奧氏體量的最佳工藝，也是減少模具變形、穩(wěn)定使用時(shí)發(fā)生尺寸變化的最佳措施，因此精密復(fù)雜模具一般應(yīng)采用深冷處理。

結(jié)論：

精密復(fù)雜模具的變形原因往往是復(fù)雜的，但是我們只要掌握其變形規(guī)律，分析其產(chǎn)生的原因，采用不同的方法進(jìn)行預(yù)防模具的變形是能夠減少的，也是能夠控制的。一般來說，對(duì)精密復(fù)雜模具的熱處理變形可采取一下方法預(yù)防。

（1）合理選材。對(duì)精密復(fù)雜模應(yīng)選擇材質(zhì)好的微變形模具鋼（如空淬鋼），對(duì)碳化物偏析嚴(yán)重的模具鋼應(yīng)進(jìn)行合理鍛造并進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，對(duì)較大和無法鍛造模具鋼可進(jìn)行固溶雙細(xì)化熱處理。

（2）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，厚薄不要太懸殊，形狀要對(duì)稱，對(duì)于變形較大模具要掌握變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，對(duì)于大型、精密復(fù)雜模具可采用組合結(jié)構(gòu)。

（3）精密復(fù)雜模具要進(jìn)行預(yù)先熱處理，消除機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

（4）合理選擇加熱溫度，控制加熱速度，對(duì)于精密復(fù)雜模具可采取緩慢加熱、預(yù)熱和其他均衡加熱的方法來減少模具熱處理變形。

（5）在保證模具硬度的前提下，盡量采用預(yù)冷、分級(jí)冷卻淬火或溫淬火工藝。

（6）對(duì)精密復(fù)雜模具，在條件許可的情況下，盡量采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。

（7）對(duì)一些精密復(fù)雜的模具可采用預(yù)先熱處理、時(shí)效熱處理、調(diào)質(zhì)氮化熱處理來控制模具的精度。

最后，正確的熱處理工藝操作（如堵孔、綁孔、機(jī)械固定、適宜的加熱方法、正確選擇模具的冷卻方向和在冷卻介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)方向等）和合理的回火熱處理工藝也是減少精密復(fù)雜模具變形的有效措施。

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