如何防止壓鑄模具熱處理變形、開裂

在壓鑄模具零件的生產(chǎn)加工中，由于其形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各個(gè)部分在截面尺寸上存在著較為明顯的差異，因此在進(jìn)行熱處理的時(shí)候，各部分加熱與冷卻的速率也不盡相同。這種情況可能導(dǎo)致在零件的各部分，形成截然不同的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和相變體積。引起零件體積出現(xiàn)不正常的膨脹或收縮，從而使其尺寸與形狀產(chǎn)生較大的偏差，甚至造成開裂。

造成壓鑄模具熱處理變形與開裂的原因是多方面的，包括鋼材的化學(xué)成分與原始組織、零件的結(jié)構(gòu)形狀和截面尺寸以及熱處理工藝等因素都會(huì)涉及。在實(shí)際生產(chǎn)中，變形往往是無法徹底杜絕的，只能盡量減小其發(fā)生的程度，但只要采取恰當(dāng)?shù)氖侄?，開裂的情況完全是可以避免的。

預(yù)備熱處理

所謂的預(yù)備熱處理是相對(duì)于最終熱處理而言的，就是在最終熱處理之前增加一個(gè)起到預(yù)備作用的熱處理步驟，這一步驟可以為最終熱處理提供一個(gè)良好的機(jī)加性能或組織形態(tài)。常見的預(yù)備熱處理工藝包括退火、正火和調(diào)質(zhì)等。

對(duì)于共析鋼沖壓模具的預(yù)備熱處理，重點(diǎn)在于消除鍛件內(nèi)的網(wǎng)狀二次滲碳體、細(xì)化晶粒以及內(nèi)應(yīng)力。具體過程是先進(jìn)行正火處理，再進(jìn)行球化退火。對(duì)于沖壓凹模零件，應(yīng)先用低溫回火的方式進(jìn)行穩(wěn)定化處理。而對(duì)于那些形狀較為復(fù)雜、精度要求高的模具，由于在熱處理中發(fā)生形變和開裂的可能性更高，因此在其粗加工完成后和精加工開始之前，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)處理，為最終的熱處理作組織準(zhǔn)備，以盡量避免開裂的發(fā)生。

淬火加熱方式和零件的防護(hù)

淬火和回火是最易使零件產(chǎn)生變形和開裂的過程。對(duì)于一些小型壓鑄模具、細(xì)長(zhǎng)圓柱形零件或高合金鋼模具零件等，應(yīng)避免使用直接加熱的淬火方式，而是先將其預(yù)熱至520到580攝氏度，然后再放入中溫鹽浴爐內(nèi)加熱至淬火溫度。實(shí)踐證明，采用這種加熱方式的零件，比直接在電爐或反射爐中加熱淬火，變形量明顯要小，開裂情況也基本上可以避免。

淬火中，奧氏體零件如果加熱溫度過高，會(huì)使晶粒粗大，而且容易造成氧化、脫碳等現(xiàn)象，導(dǎo)致零件變形和開裂；而溫度偏的話低則會(huì)造成零件內(nèi)孔收縮，孔徑尺寸變小。因此，應(yīng)在加熱溫度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇溫度上限進(jìn)行淬火。而對(duì)于合金鋼，加熱溫度偏高，會(huì)引起內(nèi)孔膨脹，孔徑尺寸變大，最好選則允許溫度的下限。

另外，在進(jìn)行淬火和回火處理時(shí)，有必要對(duì)零件容易發(fā)生變形和開裂的部位，采取措施進(jìn)行有效地保護(hù)，使其形狀與截面對(duì)稱，內(nèi)應(yīng)力保持均衡。尤其對(duì)于那些形狀復(fù)雜的零件更是如此。常用的保護(hù)方法包括捆包法、填充法和堵塞法等。

冷卻方式優(yōu)化和冷卻劑的選擇

當(dāng)壓鑄模具零件加熱完畢，從爐中取出后不應(yīng)直接放入冷卻劑中，那樣容易造成局部溫差過大而導(dǎo)致變形和開裂。正確的方法是應(yīng)先將零件置于空氣之中進(jìn)行預(yù)冷，然后再放入冷卻劑中淬火。為保證零件各個(gè)部分冷卻速度均勻，放入冷卻劑后還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向最好是不固定。

冷卻劑的選擇也同樣重要。對(duì)于合金鋼而言，使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火是減小變形的有效方法，尤其是對(duì)處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的壓鑄模具而言。有些多孔模具零件，具有在油中冷卻收縮，在硝酸鹽中冷卻膨脹的特征，合理利用兩種不同介質(zhì)，也可以減小由于淬火造成的零件變形。

回火處理的控制

壓鑄模具零件在冷卻劑中淬火之后，不應(yīng)該在空氣中停留過久，而是要及時(shí)放入回火爐中進(jìn)行回火處理，以消除零件的內(nèi)應(yīng)力，減小變形和開裂傾向。尤其對(duì)于一些需要進(jìn)行線切割加工的壓鑄模具零件，在線切割加工之前采用分級(jí)淬火和多次回火熱處理，可以有效提高零件的淬透性，使其內(nèi)應(yīng)力分布均勻，不易發(fā)生變形和開裂。在回火處理過程中，一定要避免低溫回火脆性和高溫回火脆性的出現(xiàn)。