模具热处理过程中如何避免变形

一般模具要求精度较高，经热处理以后，又不便于甚至不可能再进行加工和校正，因此，在热处理后，即使组织性能已达到要求，但如变形超差，仍然因无法挽救而报废，这样不仅影响生产，而且还造成经济上的损失。

●热处理前对各原材料的处理

材料对热处理变形的影响，包括钢的化学成分及原始组织两方面的影响。从材料本身来看，主要通过成分对淬透性、Ms点等的影响而影响热处理变形。

碳素工具钢在正常淬火温度进行水 油双液淬火时，在Ms点以上产生很大的热应力;当冷到Ms点以下时，奥氏体向马氏体转变，产生组织应力，但由于碳素工具钢淬透性差，所以组织应力的数值不大。加上其Ms点不高，在发生马氏体组织转变时，钢的塑性已经很差，不易发生塑性变形，因此，就保留了热应力作用所造成的变形特征，模具型腔趋向收缩。但若淬火温度提高(>850℃)，也可能因组织应力起主导作用，而使型腔趋向于胀大。

在用9Mn2V，9SiCr，CrWMn，GCr15钢等低合金工具钢制作模具时，其淬火变形规律与碳素工具钢相似，但变形量要比碳素工具钢要小。

对于一些高合金钢，如Cr12MoV钢等，由于其碳及合金元素含量较高，Ms点较低，因而淬火后有较多的残余奥氏体，它对由于马氏体而致的体积膨胀有抵消作用，因此，淬火后的变形就相当小，一般用空冷、风冷、硝盐浴淬火时，模具型腔趋于微量胀大;若淬火温度过高，则残余奥氏体量增加，型腔也可能缩小。

若用碳素结构钢(如45钢)或某些合金结构钢(如40Cr)制作模具，则因其Ms点较高，当表面开始马氏体转变时，心部温度尚较高，屈服强度较低，有一定的塑性，表面对心部的瞬时拉伸组织应力，易于超过心部的屈服强度而使型腔趋向胀大。

钢的原始组织对淬火变形也有一定的影响。这里所指的“钢的原始组织”，包括钢中夹杂物的级别、带状组织级别、成份的偏析程度、游离碳化物分布的方向性等，以及由于不同的预先热处理而得到的不同组织(如珠光体、回火索氏体、回火屈氏体等)。对模具钢来说，主要考虑的是碳化物偏析、碳化物的形状和分布形态。

高碳高合金钢(如Cr12型钢)中碳化物偏析对淬火变形的影响特别明显。由于碳化物偏析造成钢加热至奥氏体状态后的成分不均匀性，因而，不同区域的Ms点就会有高有低。在同样冷却条件下，奥氏体向马氏体转变就有先有后，转变后的马氏体就因含碳量不同而比容有大有小，甚至有一些低碳、低合金区域可能根本得不到马氏体(而得到贝氏体、屈氏体等)，所有这些都会造成零件淬火后的不均匀变形。

不同的碳化物分布形态(呈颗粒状或纤维状分布)，对基体胀缩的影响也不同，因而也会影响热处理后的变形，一般是顺着碳化物纤维方向型腔胀大，且较显著;而垂直于纤维方向则缩小，但不显著，有些厂为此特作了规定，型腔所在面应与碳化物纤维方向垂直，以减小型腔的变形，当碳化物呈颗粒状均匀分布时，则型腔表现为均匀的胀缩。

此外，最终热处理之前的组织状态对变形也有一定的影响，例如，原始组织为球状珠光体的就比片状珠光体的在淬火后变形倾向要小。所以变形要求严格的模具，常在粗加工后先进行一次调质处理，然后再进行精加工及最终热处理。

●改善模具设计 避免截面大小差距

模具几何形状对热处理变形的影响，实际上仍是通过热应力、组织应力来起作用的。由于模具的形状是多种多样的，要从中总结出确切的变形规律，目前还很困难。

对于对称型的模具，可根据型腔尺寸、外形尺寸及高度来考虑型腔的变形倾向。当模具的壁薄、高度小时，则较易于淬透，这时有可能是组织应力起主导作用，因此，型腔常趋向胀大。反之，壁厚、高度大，则不易淬透，此时可能是热应力起主导作用，因此，型腔常趋向缩小。这里所说的是一般趋势，在生产实践中，还须结合零件的具体形状，所采用的钢种及热处理工艺等来加以考虑，通过实践不断总结出经验来。由于实际生产中，模具的外形尺寸往往不是主要的工作尺寸，且变形后还可通过磨加工等加以校正，所以上面分析的主要是型腔的变形趋势。

对于不对称的模具的变形，同样也是热应力、组织应力综合作用的结果。例如，对薄壁薄边的模具，由于模壁薄，淬火时内外温差小，因而热应力小;但容易淬透，组织应力较大，所以变形趋向于型腔胀大。

为了减小模具的变形，热处理部门应与模具设计部门共同研究，改善模具设计，如尽可能避免截面大小相差悬殊的模具结构、模具形状力求对称、复杂模具用拼合结构等。

当不能改变模具形状时，为了减小变形，还可以采取一些其它的措施。这些措施总的考虑是改善冷却条件，使各部分得以均匀冷却;此外，也可以辅助以各种强制措施，以限制零件的淬火变形。

例如，增加工艺孔，就是使各部分均匀冷却的一个措施，即在模具某些部分开孔，使模具各个部分得以均匀地冷却以减小变形。也可在淬火后容易胀大的模具外围用石棉包住，以增大内孔与外层的冷却差异，使型腔收缩。在模具上留筋或加筋是减少变形的又一种强制措施，它特别适用于型腔胀大的凹模，及槽口易胀大或缩小的模具。

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