影響模具熱處理質量的因素及預防措施

日照市技師學院 （山東 276826） 劉招安

一、熱處理工藝因素的影響及防止措施

在熱處理的過程中，由于熱處理工藝控制不當，使工件產生某些缺陷，如氧化、脫碳、過熱、過燒、硬度不足、變形與開裂等。對熱處理質量影響很大，甚至造成工件報廢。其中氧化與脫碳、變形與開裂是最常見的熱處理缺陷。

1.氧化與脫碳

氧化與脫碳是工件在加熱時，由于加熱爐中介質控制不好而出現的缺陷。

鋼在氧化介質中加熱時，會發生氧化而在表面形成一層Fe2O3、Fe3O4、FeO。加熱溫度越高、保溫時間越長，其氧化作用也越強。

鋼在某些含有O2、CO2、H2及H2O的介質中加熱時，會使表層含碳量下降，這種現象稱之為“脫碳”。表層脫碳后，內層的碳原子便向表層擴散，使脫碳層逐漸加深。加熱時間越長，脫碳層越深。

氧化與脫碳使模具零件的質量與使用壽命大大降低。如氧化嚴重可使零件淬火達不到硬度要求。脫碳后零件表層含碳量降低，使臨界冷卻速度增大，淬火后影響表層硬度與耐磨性，還可以造成工件表面質量差，從而降低疲勞極限等。減少或防止工件在淬火中氧化與脫碳的措施有：

（1）正確控制淬火加熱溫度及保溫時間 在保證奧氏體化的前提下，其加熱溫度要盡可能的低。保溫時間要盡可能短。

（2）采用脫氧良好的鹽浴爐加熱 如果在以空氣為介質的電爐中加熱，應采取保護措施，如工件表面涂上一層保護涂料或向爐內加入適量木炭、滴入煤油等進行保護。

（3）應用可控氣氛爐加熱 根據工件的含碳量和加熱溫度不同，向爐內送入可以控制的保護氣氛，使工件表面不氧化、脫碳，也不滲碳。

（4）采用真空爐加熱 它不但能防止氧化與脫碳，還能使工件凈化，提高性能。但設備復雜，應用較少。

2.變形與開裂

淬火中變形與開裂主要是淬火時形成的內應力引起的。形成內應力的原因主要是熱應力和相變應力。熱應力是由于工件在加熱和冷卻時內外溫度不一致，使工件截面熱脹冷縮先后不一致造成的。相變應力是由于加熱時獲得奧氏體和冷卻時獲得馬氏體的比體積不同，以及零件淬火時其轉變先后不一致，造成工件體積膨脹不均勻的結果。熱應力和相變應力是不可分割的，是淬火中同時產生，因而變形與開裂是熱應力和相變應力復合的結果。當這種復合應力超過工件材料的屈服強度時，便產生變形；當超過工件材料的抗拉強度時，便產生開裂。

淬火中的內應力是不可避免的。為了控制和減少變形，防止開裂，一般采取以下措施。

（1）合理的鍛造工藝 合理的鍛造工藝可使網狀、帶狀及大塊的碳化物，呈彌散均勻地分布，減小內應力產生而減小變形與開裂。

（2）合理的預備熱處理 淬火前預備熱處理，如退火與正火等。這種方法不但可以為淬火作好組織準備，而且還可以消除工件在前面加工中產生的內應力，在淬火中減小變形與開裂。

（3）合理的淬火工藝 如正確選用加熱溫度與時間，避免奧氏體晶粒粗大；對形狀復雜或導熱性差的高合金鋼，應緩慢多次加熱，以減小加熱中的熱應力。工件在爐中安放要保證受熱均勻，防止加熱時變形。選擇淬火冷卻介質和淬火方法要合適，以減小冷卻中熱應力和相變應力等，對減小變形和防止開裂有著重要的作用。

（4）淬火后及時回火 淬火后的工件如不及時回火，消除淬火應力，對某些形狀復雜或含碳量較高的工件，在等待回火過程中就會發生變形與開裂。因此，淬火后的工件應及時回火。

（5）采用正確的浸入淬火冷卻介質方式 工件浸入方式的選擇因工件形狀、尺寸不同而不同，總之，以保證工件各部位盡可能均勻冷卻為原則。如桿類工件浸入時，應使軸向中心線與液面垂直，盤、環類工件應使徑向中心線與液面垂直等。

二、零件結構因素的影響及防止措施

設計模具零件時，如果只考慮結構形狀適合機構應用的需要，而忽視了零件結構的熱處理工藝性，會造成零件結構形狀不合理而增大了淬火時變形與開裂的傾向。一般應遵循的原則及改善工藝性的措施如下：

（1）為防止淬火時應力集中，應避免零件上尖角、棱角。一般設計成圓角或倒角。

（2）厚薄懸殊的截面，在淬火過程中，由于冷卻不均勻會引起變形與開裂。一般對該類零件要在結構上采取措施：如開工藝孔，合理安排孔、槽位置，在厚度大的截面切除不影響結構的材料等，使厚度基本均勻，減小變形與開裂。

（3）為避免應力分布不均而產生變形，零件盡量采用對稱結構以減小變形。

（4）對結構上需要制成開口形的零件，加工時先加工成封閉結構。淬火、回火后再切斷為開口形狀，以減小變形。

（5）某些整體結構的零件，可采用組合結構分別進行淬火，則可以減小變形，防止開裂。

（20131121）