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    东莞压铸为您提供"压铸模热处理基本原理和分析"(图)
    [ 发布者:管理员  来源:本站原创  发布日期:2014/1/11  阅读:1885 ]

      东莞压铸模热处理基本原理和分析

       钢的种类非常多,详细掌握所有种类的钢的热处理拜不是件容易的事。?#28304;邮?#21387;铸工作的技术人员来说,更须耍掌握与东莞压铸模用钢材的热处理有关的知识,掌握如何对压铸模的热作模具钢恰当地进行热处理的知识尤为重要。

      所谓钢的热处理,简而言之,就是通过把钢加热、冷却来改变钢的内部组织和性质。但是,由于目的不同而处理方法也有所不同。东莞压铸工作者在压铸模制作?#20445;?#32463;常需对热作模具?#36136;?#34892;退火、淬火、回火热处理。这些热处理也随钢的种类不同而有所不同。即使同样目的的热处理,其方法也是有所不同的。钢厂在确定本厂生产的钢材最适当的热处理方法之后,作为技术资料提要供给用户。因?#32781;?#22312;进行热处理的实际任务?#20445;?#21487;?#25569;?#38050;厂提供的技术及有关热处理的专门书籍。本文章仅就?#37038;?#21387;铸技术工作者应该具有的最低限度的热处理知识,共同分享。

      退火

      钢材退火的目的有多种,其主耍目的是:

       (1)降低钢材硬度,以利于加工,

       (2)消除内部应力,?#21592;?#20110;防止加工后的变形和裂纹;

      (3)改善淬火前的结晶组织,以利于淬火。

      现就压铸模制造过程中实施的退火处理加?#36816;?#26126;:

      扩散退火热处理

       一般地说,合金?#25191;尤?#34701;状态到凝固,总是先从外表面开始,然后顺次地向中心部分凝固的。凝固过程中,固相与?#21512;?#20043;问,因为未得到充分扩散,使靠近表面与中心部分的

      合金元素的成分不一样。这个现象哄做“偏析?#34180;?#20026;了消除偏析,就需耍进行扩散退火的热处理、使整个钢材的组织变成均匀。不过,这个热处理应该由钢厂进行,本文章不作详述。

       (由于某种原因,型腔部?#20540;?#38050;?#27169;?#37319;用肖氏精铸法铸造?#20445;?#24517;须进行扩散退火处理)

      球状化退火处理

      锻造或热轧状态的模具钢,其内部组织很不稳定,硬度也很高,难以切削加工,而且此种状态的钢,内部应力很大,加工以后,容易发生变形和裂纹,机械?#38405;?#20063;不好。对于这样的钢、就需采?#20204;?#29366;化退火处理,?#21592;?#20351;其内部的碳化物的结晶转变成球化的稳定的组织。

      一般市场上供应的热作模作钢,已由钢厂进行过球化退火处理。因此钢材购入?#20445;?#21482;要验明确实经过退火处理?#27169;?#22312;模具制作阶段,就不必进行球化退火处理。但是,若购买来的钢材尺寸不合适或其他原因,?#34892;?#38203;造和压?#37038;保?#37027;么,就必须再度进行球化退火处理。

      球化退火处理,必须根?#33694;?#32452;织内碳化物的状态(结晶状态、大小)和钢材的大小、锻造和压延状态以及所需球化的程度来确定。实施?#20445;?#38656;有高度的技术和经验,并且还需?#34892;阅?#33391;好,且易于控制的加热炉及其他设备。因?#32781;?#29699;化退火处理以依赖钢厂或专家为上策。关于热处理的具体方法,可以?#25569;?#28909;处理的专门书籍。

      消除应力的退火热处理

       对有残余应力(内部应力)的钢进行机械加工?#20445;?#38543;着加工的进行,应力失去平衡而引起变形。若机械加工完时仍有应力的残留,在淬火时则会发生大的变形和裂纹。为了防止这类问题的发生,就必须适时地进行消除应力的退火处理。

      作了球化退火处理的钢?#27169;?#20063;仍残存有相当内应力。已经实施退火的钢?#27169;?#19968;经切割,或经强力切削加工,?#21482;?#21457;生加工中的内应力。大家知道,压铸模型块经机械加工后,是要进行淬火热处理的。所以,必须在加工工序间进行消除这些内应力的退火处理。因?#32781;?#22312;压铸模型块的各个加工面,都需耍留加工余量,?#21592;?#22312;消除应力的退火处理后,进行精加工。一般小的型块可留1-3毫米的加工余量,大的型块就需留3-5毫米的加工余量。另外,在钢料体积的1/3以上耍被切削掉或钢料的厚度的1/2以上被加工的情况下,在每一次加工工序中只须加工80%左右(加工余量留5-10毫米),加工到留2 -5毫米的精加工余量,再进行一次消除应力的退火处理。

      若把热作模具钢加热到600-6500C,会使80%以上的内应力消除,实际使用过程中就不会出什?#27425;?#39064;。因?#32781;?#28040;除内应力的退火处理?#20445;?#21153;须缓慢地升温到600-6500C,将这个温度保持到使钢料中心部分达到这个温度为止(钢料每厚25毫米需1个小时),然后在炉中冷却。

      〔注〕

       (1)由于内部应力而引起变形,加工基准面、?#20013;?#38754;、也将发生变形。因?#32781;?#22312;进行消除应力的退火处理之前,留加工余最?#20445;?#24212;包括所有加工面的精加工余量。

       (2)消除应力的退火处理的温度,不要超过6500C,过高的温度会使钢料的组织变坏,这一点务须注意。

       (3)在上述温度中进行退火?#20445;?#20250;发生氧化、脱碳。这个问题将在下一节‘防止氧化、脱碳’一起阐述。

      淬火

       钢的淬火,就是把加热到高温的钢进行?#26412;?#20919;却而提高硬度的一种热处理。

       一般地说,使钢的温度上升到某种温度以上?#20445;?#38050;的组织即转变为奥氏体。从这个温度以不碰到那种钢的S曲线的鼻端的速度急冷、就会使钢的组织变为硬度很高的马氏体。

      上述的奥氏体温度及S曲线是随钢的种类(化学成分)而有所不同。由于钢的种类不同,所采取的淬火温度与冷却时间也不一样。因?#32781;?#24517;须根?#33694;?#30340;种类确定钢的淬火条件和方法。

      耐热模具钢与普通的碳素钢比较,就是达到S曲线的鼻端的时间相当长。因?#32781;?#28140;火时作为冷却介质的水和油就没有必要?#32781;?#21482;要求充分热透,加热完后,取出放在大气中冷却。因?#32781;?#32784;热模具钢的淬火、冷却,并不太难(不过对钢材升温的过程中的种种变化,必须注意。

      防止氧化脱碳

      若把钢材裸露在大气中加热到高温,钢材表面就会发生氧化和脱碳。如果把经过机械加工及精加工的型块不加保护地进行加热到高温,就会因氧化脱碳或者表面层被烧坏而报

      废。因?#32781;?#23545;东莞压铸模成形部分的零件的淬火,必须采取防止氧化脱碳的加热方法。

       近年来,以防止氧化脱碳为目的的加热方法发展很快。如真空炉、还原性气体(CO)炉、惰性气体(N2或Ar)炉、盐浴炉等等。采用这些加热炉?#20445;?#21482;要注意加热的深度,就可以获得无氧化脱碳的理想效果。关于上述各种加热方法,可参考加热设备制造厂的技术说明书以及热处理专门书籍。

       在缺乏上述那种理想的加热设备的情况下,可以采用“?#29615;?#27861;?#34180;?#21363;?#30740;?#32781;加热的钢件装入每边距钢件50-100毫米的?#21046;?#21283;内,钢件的四周上下用沥青?#22266;?#31881;填满,加盖密闭,放进炉内,进行加热。此法很实用,也很方便,能?#34892;?#22320;防止氧化脱碳。也可以用铸铁?#34892;即?#26367;沥青?#22266;?#31881;。不过,铸铁?#34892;?#32463;使用后,碳素减少,再度使用则有脱碳的可能,?#28304;?#21153;须注意。还有,此法使钢件加热时的温度上升相当缓慢。因?#32781;?#22312;后面将要谈到的关于转变点通过时的保时间和奥氏体化保温时间要稍许延长些。另外,装匣?#20445;?#32781;注意便于取出。

      加热升温

      为了便于钢件淬火,必须把钢件加热到使钢的组织转化为奥氏体的温度。热作模具钢的奥氏体化的适当温度是在1000-10500C。钢件厚度小?#27169;?#37319;用接近下限的温度为宜。钢件厚?#21364;蟮模?#20351;奥氏体化的温度到达中心部所需的加热时间就要适当延长。因?#32781;?#37319;用接近上限的温度为宜。在奥氏体化升溢过程中,需要注意如下几点。

       (1)要准?#36820;?#25484;握钢的转变点,就必须了解钢的状态图。关于这点,可参考钢的热处理专门书籍和钢厂的有关资料。不过,在对钢的加热升温?#20445;?#24517;须注意,切不可无故通过这个转变点。

      (2)众所周知,在转变点以外的温?#30830;段?#20869;,变化温度?#22791;?#26159;与温度成比例的膨胀和收缩,但是在转变点温度不与温度成比例,而由于转变引起膨胀和收缩,而这个膨胀和收缩与热膨胀正好相反。

      (3)在加热升温?#20445;?#38050;的表面和中心部的温度有着很大的差异。在升温过程中,如?#26412;?#21152;热,就会使表里温度差更大,使热膨胀程度也发生更大的差异,从而在钢件内部发生很大的内部应力(此种情况下,近表面的是压应力,中心部是张应力)。此外,在很大的温度差异?#38109;?#32493;?#26412;?#21152;热,就会使表面和中心部(若厚薄不匀)在转变时期发生偏离。在这种情况下,就会产生很大的内部应力(近表面的是张应力,近中心部的是压应力),这是引起变形和裂纹的原

      因。因?#32781;?#38050;的加热升温?#20445;?#22312;到达转变点之前,要缓慢地升温。接近转变点?#20445;?#23601;要暂时停止升温。待到钢的中心部的温度均匀后,再升温。切不可无故地通过转变点。

      关于热作模具钢的淬火时的加热升温速度、转变点及奥氏体化温度的保?#36136;?#38388;等具体要领,请?#25569;?#38050;厂的有关技术指导说明书。

       〔注〕

       (1)钢材在高温时强度很低,在淬火加热到奥氏体化温度?#20445;?#30001;于钢材自重而产生变形。为了防止这类情况的发生,应将放入炉中加热的钢材在其弯曲断面最大的部位用支?#24418;?#25903;承住。

       (2)在?#29615;?#27861;加热的情况下,炉内沮度与钢件温度的上升,有相当大的时差,这个时差随匣的大小、钢件的大小、充填剂的种类而有所不同。如果经验不足,应分别测定炉内温度和钢件表面温度,或者用适当大的同质钢材进行实验,求得可靠的数据作为决定实施的条件。

      回火

      钢材经过淬火后,硬度很高,但质地变脆,而且淬火?#20445;?#30001;于急冷而存在很大的内部应力。如果原封不动地使用,就容易破损和变形。为了改善这?#20013;?#36136;,使淬硬的钢件具有足够的韧性和机械?#38405;埽?#23601;必须进行回火处理。回火后最适宜的硬度是在HRC45-47之间。对回火后的硬度影响最大的是回火温度。回火温度与回火硬度的关系,可参考钢厂的有关资料。

      当回火温度超过5800C?#20445;?#30828;度曲线?#22270;本?#21521;下倾?#34180;?#27492;时的温度一有误差,就出现很大的硬度差别。

      回火使用的加热炉的温度必须能够正?#36820;?#21152;以控制。

       此外,热作模具钢的回火热处理的操作最好的淬火、回火的顺序,连续地进行。把从淬火温度空冷的钢件,冷却到常温?#20445;?#20869;应力非常大,有发生裂纹的危险。

      因此应在冷到马氏体温度90%时(SKD6)钢的场合约1000C,即停止冷却,开始进行直接回火处理。此时必须避免?#26412;?#21152;热。钢件装炉时的炉内温度应确实在3000C以下。然后,缓慢地升温到回火温度,切不可超温。对于加热升温,务须充分注意,严加控制。加热终结后进?#38156;?#20919;,回火一定要进两次(形状复杂的和大的钢件需要三次)。

      氮化处理

      普通的东莞压铸模按上述淬火、回火(硬度HRC45-47)处理后便可以使用。但是,需耍特别耐磨和更高的表面硬度?#20445;?#23601;需要进行氮化处理。使钢件表层渗入0.15-0.2毫米深的氮化层(氮化后,最好把氮化表面?#24515;?#21435;0.01毫米)。

      热处理变形

       至?#32781;?#24050;就东莞压铸模的热处理作了概略地说明。但是,即使严格地照此实施,还是不能避免由于热处理而产生若干变形。这是由于转变点引起的膨胀和收缩而产生的变形。它的

      变形最在X(宽), Y(长)、Z厚)等方向多不一样。这些差别是由于钢坯在加工过程中,受到变形的经历各不相同而产生?#27169;?#20363;如六面锻造体,共X, Y, Z各个方向的变形量比较均匀,但从圆材上切下的料,在?#26412;?#26041;向和长度方向就会产生差异。还有,板钢在压延机上切下?#20445;琗, Y, Z的各个方向变形量是很不一样,。所有这些差异,即使不太大,也不能忽视。因?#32781;?#22312;热处理后的尺寸修正量是必要的。钢厂提供的变形的资料,也有与实际不一致的情况。因此对于要求精度高的部位,须留?#24515;?#37327;,在热处理后进行?#24515;?#20462;正或电加工。

      与热处理有关的压铸摸设计注悬事项

      前节已谈了关于东莞压铸模在热处理时发生变形的各种原因。为了减少变形和破损,在压铸模的设计阶段,应?#38209;?#21487;能地使型块各个部分内厚均匀,不能太薄。在?#29615;?#30861;使用的前提下,所有拐角部位的圆?#21069;?#24452;R应尽最大一些,避免应力集中。

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      保存好热处理的数据

      热处理的条件少许变动,就会使热处理的结果发生很大的变动。还有,在同样条件下,若加热炉的大小、构造、种类的不同,则最终的硬度和变形量?#19981;?#21457;生变动。此外,由于钢材的不同,X, Y, Z各个方向的变形量也不同,如前面所述。为掌握各个方向的变形量,则需要进行实验,这是项很麻烦的。因?#32781;?#22312;日常进行的热处理作业中,若能把热处理的条件(使用的加热炉、温度与时间、冷却方法等)、处理后的硬度、变形量、变形量与原钢材的关系等(材料切取的方向)的原?#25216;?#24405;和详细数据保存下来,将大大减少工作中出现问题。

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