東莞祥宇金屬制品有限公司
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                  東莞壓鑄為您提供"壓鑄模熱處理基本原理和分析"(圖)
                  [ 發布者:管理員  來源:本站原創  發布日期:2014/1/11  閱讀:1769 ]

                    東莞壓鑄模熱處理基本原理和分析

                     鋼的種類非常多,詳細掌握所有種類的鋼的熱處理拜不是件容易的事。對從事壓鑄工作的技術人員來說,更須耍掌握與東莞壓鑄模用鋼材的熱處理有關的知識,掌握如何對壓鑄模的熱作模具鋼恰當地進行熱處理的知識尤為重要。

                    所謂鋼的熱處理,簡而言之,就是通過把鋼加熱、冷卻來改變鋼的內部組織和性質。但是,由于目的不同而處理方法也有所不同。東莞壓鑄工作者在壓鑄模制作時,經常需對熱作模具鋼施行退火、淬火、回火熱處理。這些熱處理也隨鋼的種類不同而有所不同。即使同樣目的的熱處理,其方法也是有所不同的。鋼廠在確定本廠生產的鋼材最適當的熱處理方法之后,作為技術資料提要供給用戶。因此,在進行熱處理的實際任務時,可參照鋼廠提供的技術及有關熱處理的專門書籍。本文章僅就從事壓鑄技術工作者應該具有的最低限度的熱處理知識,共同分享。

                    退火

                    鋼材退火的目的有多種,其主耍目的是:

                     (1)降低鋼材硬度,以利于加工,

                     (2)消除內部應力,以便于防止加工后的變形和裂紋;

                    (3)改善淬火前的結晶組織,以利于淬火。

                    現就壓鑄模制造過程中實施的退火處理加以說明:

                    擴散退火熱處理

                     一般地說,合金鋼從熔融狀態到凝固,總是先從外表面開始,然后順次地向中心部分凝固的。凝固過程中,固相與液相之問,因為未得到充分擴散,使靠近表面與中心部分的

                    合金元素的成分不一樣。這個現象哄做“偏析”。為了消除偏析,就需耍進行擴散退火的熱處理、使整個鋼材的組織變成均勻。不過,這個熱處理應該由鋼廠進行,本文章不作詳述。

                     (由于某種原因,型腔部分釣鋼材,采用肖氏精鑄法鑄造時,必須進行擴散退火處理)

                    球狀化退火處理

                    鍛造或熱軋狀態的模具鋼,其內部組織很不穩定,硬度也很高,難以切削加工,而且此種狀態的鋼,內部應力很大,加工以后,容易發生變形和裂紋,機械性能也不好。對于這樣的鋼、就需采用球狀化退火處理,以便使其內部的碳化物的結晶轉變成球化的穩定的組織。

                    一般市場上供應的熱作模作鋼,已由鋼廠進行過球化退火處理。因此鋼材購入時,只要驗明確實經過退火處理的,在模具制作階段,就不必進行球化退火處理。但是,若購買來的鋼材尺寸不合適或其他原因,尚需鍛造和壓延時,那么,就必須再度進行球化退火處理。

                    球化退火處理,必須根據鋼組織內碳化物的狀態(結晶狀態、大小)和鋼材的大小、鍛造和壓延狀態以及所需球化的程度來確定。實施時,需有高度的技術和經驗,并且還需有性能良好,且易于控制的加熱爐及其他設備。因此,球化退火處理以依賴鋼廠或專家為上策。關于熱處理的具體方法,可以參照熱處理的專門書籍。

                    消除應力的退火熱處理

                     對有殘余應力(內部應力)的鋼進行機械加工時,隨著加工的進行,應力失去平衡而引起變形。若機械加工完時仍有應力的殘留,在淬火時則會發生大的變形和裂紋。為了防止這類問題的發生,就必須適時地進行消除應力的退火處理。

                    作了球化退火處理的鋼材,也仍殘存有相當內應力。已經實施退火的鋼材,一經切割,或經強力切削加工,又會發生加工中的內應力。大家知道,壓鑄模型塊經機械加工后,是要進行淬火熱處理的。所以,必須在加工工序間進行消除這些內應力的退火處理。因此,在壓鑄模型塊的各個加工面,都需耍留加工余量,以便在消除應力的退火處理后,進行精加工。一般小的型塊可留1-3毫米的加工余量,大的型塊就需留3-5毫米的加工余量。另外,在鋼料體積的1/3以上耍被切削掉或鋼料的厚度的1/2以上被加工的情況下,在每一次加工工序中只須加工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,再進行一次消除應力的退火處理。

                    若把熱作模具鋼加熱到600-6500C,會使80%以上的內應力消除,實際使用過程中就不會出什么問題。因此,消除內應力的退火處理時,務須緩慢地升溫到600-6500C,將這個溫度保持到使鋼料中心部分達到這個溫度為止(鋼料每厚25毫米需1個小時),然后在爐中冷卻。

                    〔注〕

                     (1)由于內部應力而引起變形,加工基準面、分型面、也將發生變形。因此,在進行消除應力的退火處理之前,留加工余最時,應包括所有加工面的精加工余量。

                     (2)消除應力的退火處理的溫度,不要超過6500C,過高的溫度會使鋼料的組織變壞,這一點務須注意。

                     (3)在上述溫度中進行退火時,會發生氧化、脫碳。這個問題將在下一節‘防止氧化、脫碳’一起闡述。

                    淬火

                     鋼的淬火,就是把加熱到高溫的鋼進行急劇冷卻而提高硬度的一種熱處理。

                     一般地說,使鋼的溫度上升到某種溫度以上時,鋼的組織即轉變為奧氏體。從這個溫度以不碰到那種鋼的S曲線的鼻端的速度急冷、就會使鋼的組織變為硬度很高的馬氏體。

                    上述的奧氏體溫度及S曲線是隨鋼的種類(化學成分)而有所不同。由于鋼的種類不同,所采取的淬火溫度與冷卻時間也不一樣。因此,必須根據鋼的種類確定鋼的淬火條件和方法。

                    耐熱模具鋼與普通的碳素鋼比較,就是達到S曲線的鼻端的時間相當長。因此,淬火時作為冷卻介質的水和油就沒有必要了,只要求充分熱透,加熱完后,取出放在大氣中冷卻。因此,耐熱模具鋼的淬火、冷卻,并不太難(不過對鋼材升溫的過程中的種種變化,必須注意。

                    防止氧化脫碳

                    若把鋼材裸露在大氣中加熱到高溫,鋼材表面就會發生氧化和脫碳。如果把經過機械加工及精加工的型塊不加保護地進行加熱到高溫,就會因氧化脫碳或者表面層被燒壞而報

                    廢。因此,對東莞壓鑄模成形部分的零件的淬火,必須采取防止氧化脫碳的加熱方法。

                     近年來,以防止氧化脫碳為目的的加熱方法發展很快。如真空爐、還原性氣體(CO)爐、惰性氣體(N2或Ar)爐、鹽浴爐等等。采用這些加熱爐時,只要注意加熱的深度,就可以獲得無氧化脫碳的理想效果。關于上述各種加熱方法,可參考加熱設備制造廠的技術說明書以及熱處理專門書籍。

                     在缺乏上述那種理想的加熱設備的情況下,可以采用“匣封法”。即把需耍加熱的鋼件裝入每邊距鋼件50-100毫米的鋼皮匣內,鋼件的四周上下用瀝青焦炭粉填滿,加蓋密閉,放進爐內,進行加熱。此法很實用,也很方便,能有效地防止氧化脫碳。也可以用鑄鐵切屑代替瀝青焦炭粉。不過,鑄鐵切屑經使用后,碳素減少,再度使用則有脫碳的可能,對此務須注意。還有,此法使鋼件加熱時的溫度上升相當緩慢。因此,在后面將要談到的關于轉變點通過時的保時間和奧氏體化保溫時間要稍許延長些。另外,裝匣時,耍注意便于取出。

                    加熱升溫

                    為了便于鋼件淬火,必須把鋼件加熱到使鋼的組織轉化為奧氏體的溫度。熱作模具鋼的奧氏體化的適當溫度是在1000-10500C。鋼件厚度小的,采用接近下限的溫度為宜。鋼件厚度大的,使奧氏體化的溫度到達中心部所需的加熱時間就要適當延長。因此,采用接近上限的溫度為宜。在奧氏體化升溢過程中,需要注意如下幾點。

                     (1)要準確地掌握鋼的轉變點,就必須了解鋼的狀態圖。關于這點,可參考鋼的熱處理專門書籍和鋼廠的有關資料。不過,在對鋼的加熱升溫時,必須注意,切不可無故通過這個轉變點。

                    (2)眾所周知,在轉變點以外的溫度范圍內,變化溫度時鋼是與溫度成比例的膨脹和收縮,但是在轉變點溫度不與溫度成比例,而由于轉變引起膨脹和收縮,而這個膨脹和收縮與熱膨脹正好相反。

                    (3)在加熱升溫時,鋼的表面和中心部的溫度有著很大的差異。在升溫過程中,如急劇加熱,就會使表里溫度差更大,使熱膨脹程度也發生更大的差異,從而在鋼件內部發生很大的內部應力(此種情況下,近表面的是壓應力,中心部是張應力)。此外,在很大的溫度差異下連續急劇加熱,就會使表面和中心部(若厚薄不勻)在轉變時期發生偏離。在這種情況下,就會產生很大的內部應力(近表面的是張應力,近中心部的是壓應力),這是引起變形和裂紋的原

                    因。因此,鋼的加熱升溫時,在到達轉變點之前,要緩慢地升溫。接近轉變點時,就要暫時停止升溫。待到鋼的中心部的溫度均勻后,再升溫。切不可無故地通過轉變點。

                    關于熱作模具鋼的淬火時的加熱升溫速度、轉變點及奧氏體化溫度的保持時間等具體要領,請參照鋼廠的有關技術指導說明書。

                     〔注〕

                     (1)鋼材在高溫時強度很低,在淬火加熱到奧氏體化溫度時,由于鋼材自重而產生變形。為了防止這類情況的發生,應將放入爐中加熱的鋼材在其彎曲斷面最大的部位用支承物支承住。

                     (2)在匣封法加熱的情況下,爐內沮度與鋼件溫度的上升,有相當大的時差,這個時差隨匣的大小、鋼件的大小、充填劑的種類而有所不同。如果經驗不足,應分別測定爐內溫度和鋼件表面溫度,或者用適當大的同質鋼材進行實驗,求得可靠的數據作為決定實施的條件。

                    回火

                    鋼材經過淬火后,硬度很高,但質地變脆,而且淬火時,由于急冷而存在很大的內部應力。如果原封不動地使用,就容易破損和變形。為了改善這種性質,使淬硬的鋼件具有足夠的韌性和機械性能,就必須進行回火處理。回火后最適宜的硬度是在HRC45-47之間。對回火后的硬度影響最大的是回火溫度。回火溫度與回火硬度的關系,可參考鋼廠的有關資料。

                    當回火溫度超過5800C時,硬度曲線就急劇向下傾斜。此時的溫度一有誤差,就出現很大的硬度差別。

                    回火使用的加熱爐的溫度必須能夠正確地加以控制。

                     此外,熱作模具鋼的回火熱處理的操作最好的淬火、回火的順序,連續地進行。把從淬火溫度空冷的鋼件,冷卻到常溫時,內應力非常大,有發生裂紋的危險。

                    因此應在冷到馬氏體溫度90%時(SKD6)鋼的場合約1000C,即停止冷卻,開始進行直接回火處理。此時必須避免急劇加熱。鋼件裝爐時的爐內溫度應確實在3000C以下。然后,緩慢地升溫到回火溫度,切不可超溫。對于加熱升溫,務須充分注意,嚴加控制。加熱終結后進行空冷,回火一定要進兩次(形狀復雜的和大的鋼件需要三次)。

                    氮化處理

                    普通的東莞壓鑄模按上述淬火、回火(硬度HRC45-47)處理后便可以使用。但是,需耍特別耐磨和更高的表面硬度時,就需要進行氮化處理。使鋼件表層滲入0.15-0.2毫米深的氮化層(氮化后,最好把氮化表面研磨去0.01毫米)。

                    熱處理變形

                     至此,已就東莞壓鑄模的熱處理作了概略地說明。但是,即使嚴格地照此實施,還是不能避免由于熱處理而產生若干變形。這是由于轉變點引起的膨脹和收縮而產生的變形。它的

                    變形最在X(寬), Y(長)、Z厚)等方向多不一樣。這些差別是由于鋼坯在加工過程中,受到變形的經歷各不相同而產生的,例如六面鍛造體,共X, Y, Z各個方向的變形量比較均勻,但從圓材上切下的料,在直徑方向和長度方向就會產生差異。還有,板鋼在壓延機上切下時,X, Y, Z的各個方向變形量是很不一樣,。所有這些差異,即使不太大,也不能忽視。因此,在熱處理后的尺寸修正量是必要的。鋼廠提供的變形的資料,也有與實際不一致的情況。因此對于要求精度高的部位,須留研磨量,在熱處理后進行研磨修正或電加工。

                    與熱處理有關的壓鑄摸設計注懸事項

                    前節已談了關于東莞壓鑄模在熱處理時發生變形的各種原因。為了減少變形和破損,在壓鑄模的設計階段,應該盡可能地使型塊各個部分內厚均勻,不能太薄。在不妨礙使用的前提下,所有拐角部位的圓角半徑R應盡最大一些,避免應力集中。

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                    保存好熱處理的數據

                    熱處理的條件少許變動,就會使熱處理的結果發生很大的變動。還有,在同樣條件下,若加熱爐的大小、構造、種類的不同,則最終的硬度和變形量也會發生變動。此外,由于鋼材的不同,X, Y, Z各個方向的變形量也不同,如前面所述。為掌握各個方向的變形量,則需要進行實驗,這是項很麻煩的。因此,在日常進行的熱處理作業中,若能把熱處理的條件(使用的加熱爐、溫度與時間、冷卻方法等)、處理后的硬度、變形量、變形量與原鋼材的關系等(材料切取的方向)的原始記錄和詳細數據保存下來,將大大減少工作中出現問題。

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