模具在退火、淬火和回火等热处理过程中,由于原材料组织不良、热处理工艺或操作不当以及模具形状和尺寸等因素的影响而产生各种缺陷。
冶金缺陷及其预防措施
锻模热处理常见缺陷有石墨碳、球化组织不良、网状碳化物、淬火脱碳、硬度超差、裂纹、过热或过烧、腐蚀、软点和萘状断口等。这些缺陷都在不同程度上影响钢的工艺性能和模具的使用寿命,应采取相应措施加以预防。现将锻模热处理常见缺陷及其特点、产生原因、危害和预防措施作简要叙述。
1.石墨碳
碳素工具钢退火时,因温度过高、保温时间过长及冷却缓慢,导致钢的晶粒长大并出现石墨碳。冷变形量过大或淬火成马氏体的钢在退火时更容易产生石墨碳。石墨碳和大晶粒降低模具硬度和耐磨性等使用性能。
预防措施是严格执行工艺规范,防止温度过高、保温时间过长及冷却缓慢。对于预先冷变形或淬火成马氏体的模具,应选择较低的温度和保温时间进行退火。
2.球化组织不良
球化组织的硬度低,切削加工性能好,便于模具加工。在碳素工具钢和合金工具钢退火时,当温度过低、保温时间不足,将产生点状碳化物和片状珠光体,当温度过高、保温时间过长,则产生大颗粒碳化物和粗片状珠光体。这些组织影响加工性能,甚至导致淬火裂纹。
预防措施是正确制定球化退火工艺,应注意合理装炉,防止温度不均匀。
3.网状碳化物
过共析碳素工具钢和合金工具钢的退火温度超过Acm(过共析钢所有渗碳体完全溶入奥氏体的温度)且冷却速度过慢时,沿奥氏体晶界析出网状碳化物。网状碳化物降低钢的塑性和模具使用寿命。
预防措施是正确制定退火工艺,应注意合理装炉,防止温度不均匀。
4.脱碳
加热过程中防止模具氧化和脱碳的措施不到位以及淬火介质中含有氧和不纯物(如硫酸盐和硝酸盐等)或者与模具接触的夹具有铁锈都会产生脱碳。脱碳降低模膛硬度和耐磨性,从而降低模具寿命。
预防措施:
(1)盐浴炉及淬火用盐应定期进行脱氧和捞渣;氧化钡应烘干、脱水。
(2)采用箱式炉加热时,应将模具装入带有保护剂的箱中,或通入保护气氛,以防模具氧化和脱碳。
(3)装箱:检查箱体和箱盖,不应漏气;铸铁屑要经600℃烘干。
(4)所用夹具喷砂清除铁锈,并清洗干净;
5.硬度超差
造成硬度超差的原因有:
(1)钢中存在石墨碳和碳化物偏析、聚集;
(2)表面脱碳;
(3)淬火硬度过低或过高,加热时间不充分;
(4)淬火冷却太慢、分级等温温度过高或时间过长以及在冷却剂中停留时间不足等;
(5)回火温度过高或回火不足。
硬度过低,降低耐磨性和模具寿命;硬度过高导致模具脆裂。
预防措施:
(1)加强原材料检查,确保原材料符合标准;
(2)模具毛坯的脱碳层应清除,淬火加热注意保护;
(3)正确控制淬火和回火工艺;
(4)合理选择淬火介质,并保持清洁。
6.裂纹
造成热处理裂纹的主要原因有:
(1)原材料球化组织不良;
(2)工件中存在较大的内应力;
(3)淬火温度过热或过烧,表面脱碳;
(4)淬火介质不当;
(5)工件形状复杂、厚薄不均和有尖角等;
(6)未经中间退火而重复淬火;
(7)淬火后未及时回火,或回火不足。
有裂纹的模具必须报废。
针对上述造成热处理裂纹原因的对应预防措施为:
(1)严格控制原材料量;
(2)低温退火消除内应力;
(3)控制淬火温度,注意加热保护;
(4)正确选择淬火介质和淬火方法;
(5)注意对复杂形状工件的包扎,必要时可采用特殊夹具;
(6)重复淬火前,先进行中间退火;
(7)淬火后及时回火,保证回火时间和次数。
7.过热或过烧
热处理的过热或过烧主要产生在淬火加热过程中,产生的原因主要有:
(1)原材料球化组织不良;
(2)淬火加热温度过高或保温时间过长;
(3)在电极盐炉中加热时,距离电极太近,局部烧熔。
模具过烧组织不可恢复,必须报废。对于过热组织的模具,必须重新加热到奥氏体再结晶温度以上快速冷却细化晶粒,然后重新热处理后方能使用。
针对上述造成热处理过热和过烧原因的对应预防措施为:
(1)控制原材料的预备热处理;
(2)严格控制淬火加热温度和保温时间;
(3)模具、电极和炉底之间保持足够距离。
8.腐蚀
热处理造成模具腐蚀的主要原因有:
(1)盐浴脱氧不良,存在大量氯离子或碳酸盐和硫酸盐含量过高;
(2)模具与夹具接触处有铁锈;
(3)淬火或回火后模具表面存在有氯盐或硝盐;
(4)硝盐使用温度过高。
腐蚀降低模具使用寿命。
针对上述造成热处理腐蚀原因的对应预防措施为:
(1)盐浴定期脱氧,严格控制盐浴成分;
(2)用喷砂清除铁锈;
(3)淬火或回火后及时清理干净;
(4)硝盐使用温度应低于500℃。
9.软点
热处理造成模具软点的主要原因有:
(1)表面有氧化皮、锈斑或局部脱碳;
(2)冷却剂选择不当;
(3)淬火剂杂质过多或老化;
(4)碱浴水分过多。
局部软点也降低模具使用寿命。
针对上述造成软点原因的对应预防措施为:
(1)加热前去除模具表面氧化皮、锈斑,并注意保护表面;
(2)选择合适的冷却剂;
(3)过滤或换新的淬火剂;
(4)控制碱浴水分。
10.萘状断口
造成模具萘状断口的主要原因有:
(1)锻造的终锻温度过高和变形程度太小;
(2)热塑性变形或退火不充分;
(3)两次淬火之间未经中间退火。
萘状断口降低韧性及模具使用寿命。
针对上述造成萘状断口原因的对应预防措施为:
(1)控制锻造的终锻温度,终锻变形程度不小于10%;
(2)热塑性变形及两次淬火之间进行充分退火。


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