【摘要】模具人都知道，通常退火模具鋼在制作模具時(shí)通常要經(jīng)過(guò)熱處理這道工序。那么，模具鋼在最終熱處理過(guò)程中或在以后的工序中以及使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種缺陷及分析。

模具的熱處理包括預(yù)備熱處理、最終熱處理及表面強(qiáng)化處理。

通常熱處理缺陷是指模具在最終熱處理過(guò)程中或在以后的工序中以及使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種缺陷，如淬裂、變形超差、硬度不足、電加工開裂、磨削裂紋、模具的早期破壞等。下面作較細(xì)致的分析。

一．淬裂

淬裂情況如下圖所示，原因及預(yù)防措施如下：

模具淬裂圖

1．形狀效應(yīng)。主要是設(shè)計(jì)因素造成的，如：圓角R過(guò)小，孔穴位置設(shè)置不當(dāng)，截面過(guò)渡不好。

2．過(guò)熱（過(guò)燒）。主要是由控溫不準(zhǔn)或跑溫、工藝設(shè)置溫度過(guò)高、爐溫不均等因素造成，預(yù)防措施包括檢修、校對(duì)控溫系統(tǒng)、修正工藝溫度、在工件與爐底板間加墊鐵等。

3．脫碳。主要由過(guò)熱（或過(guò)燒）、空氣爐無(wú)保護(hù)加熱、機(jī)加余量小、鍛造或預(yù)備熱處理殘留脫碳層等因素造成。預(yù)防措施為可控氣氛加熱，鹽浴加熱，真空爐、箱式爐采用裝箱保護(hù)或使用防氧化涂料；機(jī)加工余量加大2-3mm。

4．冷卻不當(dāng)。主要是冷卻劑選擇不當(dāng)或過(guò)冷造成，應(yīng)當(dāng)掌握淬火介質(zhì)冷卻特性或回火處理。

5．模具鋼材組織不良。如碳化物偏析嚴(yán)重、鍛造質(zhì)量差、預(yù)備熱處理方法不當(dāng)?shù)取ｎA(yù)防措施是采用正確的鍛造工藝和合理的預(yù)備熱處理制度。

二．硬度不足

硬度不足的原因和預(yù)防措施如下：

1．淬火溫度過(guò)低。主要是由于工藝設(shè)置溫度不當(dāng)、控溫系統(tǒng)誤差、裝爐或進(jìn)入冷卻槽方法不當(dāng)?shù)仍蛟斐?，?yīng)該修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)，裝爐時(shí)，工件間隔合理擺放均勻，分散入槽，禁止堆積或成捆入槽冷卻。

2．淬火溫度過(guò)高。這是由工藝設(shè)置溫度不當(dāng)或控溫系統(tǒng)誤差造成，應(yīng)當(dāng)修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)。

3．過(guò)回火。這是由回火溫度設(shè)置過(guò)高、控溫系統(tǒng)故障誤差或爐溫過(guò)高時(shí)入爐造成，應(yīng)當(dāng)修正工藝溫度，檢修校核控溫系統(tǒng)，不高于設(shè)置爐溫裝入。

4．冷卻不當(dāng)。原因是預(yù)冷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，淬火介質(zhì)溫度漸高而冷卻性能下降，攪拌不良或出槽溫度過(guò)高等。措施：出爐、入槽等要快；掌握淬火介質(zhì)冷卻特性；油溫60-80℃，水溫30℃以下，當(dāng)淬火量大而使冷卻介質(zhì)升溫時(shí)，應(yīng)添加冷卻淬火介質(zhì)或改用其它冷卻槽冷卻；加強(qiáng)冷卻劑的攪拌；在Ms+50℃時(shí)取出。

5．脫碳。這是由原材料殘留脫碳層或淬火加熱時(shí)造成，預(yù)防措施為可控氣氛加熱，鹽浴加熱，真空爐、箱式爐采用裝箱保護(hù)或使用防氧化涂料；機(jī)加工余量加大2-3mm。

三．變形超差

在機(jī)械制造中，熱處理的淬火變形是絕對(duì)的，而不變形才是相對(duì)的。換句話說(shuō)，只是一個(gè)變形大小的問(wèn)題。這主要是由于熱處理過(guò)程中馬氏體相變具有表面浮凸效應(yīng)。 預(yù)防熱處理變形（尺寸變化和形狀變化）是一項(xiàng)非常困難的工作，在許多情況下，不得不依靠經(jīng)驗(yàn)加以解決。這是因?yàn)椴粌H鋼種和模具形狀對(duì)熱處理變形有影響，不當(dāng)?shù)奶蓟锓植紶顟B(tài)及鍛造和熱處理方法同樣會(huì)引起或加劇，而且在熱處理諸多條件中，只要某一條件發(fā)生變化，鋼件的變形程度就會(huì)有很大變化。

盡管在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間還主要靠經(jīng)驗(yàn)和試探法去解決熱處理變形問(wèn)題，但正確掌握模具鋼材鍛造、模塊取向、模具形狀、熱處理方法與熱處理變形的關(guān)系，從已經(jīng)積累的實(shí)踐數(shù)據(jù)中去把握熱處理變形規(guī)律，建立有關(guān)熱處理變形的檔案資料，卻是一項(xiàng)極有意義的工作。

四．脫碳

脫碳是由于鋼件在加熱或保溫時(shí)，因周圍氣氛的作用，使表面層部分的碳全部或部分喪失的現(xiàn)象和反應(yīng)。鋼件的脫碳不僅會(huì)造成硬度不足、淬裂和熱處理變形及化學(xué)熱處理缺陷，而且對(duì)疲勞強(qiáng)度、耐磨性及模具性能也有很大影響。

五．放電加工引起的裂紋

在模具制造中，采用放電加工（電脈沖及線切割）是越來(lái)越普遍采用的加工方法，但隨著放電加工的廣泛應(yīng)用，其引起的缺陷也相應(yīng)增多。

由于放電加工是借助于放電所產(chǎn)生的高溫而使模具表面熔化的加工方法，因此，在其加工表面形成白色的放電加工變質(zhì)層，并產(chǎn)生800MPa左右的拉應(yīng)力，這樣，在模具的電加工過(guò)程中常出現(xiàn)變形或裂紋等缺陷，如下圖所示。

注塑模具放電加工引起的裂紋

因此，采用放電加工的模具，必須充分掌握放電加工對(duì)模具鋼材的影響，并預(yù)先采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止熱處理時(shí)的過(guò)熱和脫碳，并進(jìn)行充分回火以降低或消除殘留應(yīng)力。

為了充分消除淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，要進(jìn)行高溫回火，因此，應(yīng)采用能承受高溫回火的鋼種（如DC53型、ASP-23、高速鋼等），以穩(wěn)定的放電條件進(jìn)行加工；放電加工后，作穩(wěn)定化松弛處理；設(shè)置合理的工藝孔、槽；充分消除再凝固層，以便在健全的狀態(tài)下使用。

六．韌性不足

韌性不足的原因可能是淬火溫度過(guò)高，且保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起晶粒粗化造成的，或由于沒(méi)有避開回火脆性區(qū)進(jìn)行回火。

七．磨削裂紋

當(dāng)工件內(nèi)有大量的殘留奧氏體時(shí)，在磨削熱的作用下，發(fā)生回火轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生組織應(yīng)力，導(dǎo)致工件開裂。其預(yù)防措施是：淬火后進(jìn)行深冷處理或多次重復(fù)回火（模具回火一般為2-3次，即使是冷加工用低合金工具鋼也是如此），最大限度地降低殘留奧氏體量。