模具材料对热处理变形的影响

对钩网 · 发表于 2015-9-22 11:41:14

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材料对热处理变形的影响，包括钢的化学成分及原始组织两方面的影响。

从材料本身来看，主要通过成分对淬透性、Ms点等的影响而影响热处理变形。

碳素工具钢在正常淬火温度进行水-油双液淬火时，在Ms点以上产生很大的热应力；当冷到Ms点以下时，奥氏体向马氏体转变，产生组织应力，但由于碳素工具钢淬透性差，所以组织应力的数值不大。加上其Ms点不高，在发生马氏体组织转变时，钢的塑性已经很差，不易发生塑性变形，因此，就保留了热应力作用所造成的变形特征，模具型腔趋向收缩。但若淬火温度提高（>850℃），也可能因组织应力起主导作用，而使型腔趋向于胀大。

在用9Mn2V，9SiCr，CrWMn，GCr15钢等低合金工具钢制作模具时，其淬火变形规律与碳素工具钢相似，但变形量要比碳素工具钢要小。

对于一些高合金钢，如Cr12MoV钢等，由于其碳及合金元素含量较高，Ms点较低，因而淬火后有较多的残余奥氏体，它对由于马氏体而致的体积膨胀有抵消作用，因此，淬火后的变形就相当小，一般用空冷、风冷、硝盐浴淬火时，模具型腔趋于微量胀大；若淬火温度过高，则残余奥氏体量增加，型腔也可能缩小。

若用碳素结构钢（如45钢）或某些合金结构钢（如40Cr）制作模具，则因其Ms点较高，当表面开始马氏体转变时，心部温度尚较高，屈服强度较低，有一定的塑性，表面对心部的瞬时拉伸组织应力，易于超过心部的屈服强度而使型腔趋向胀大。

钢的原始组织对淬火变形也有一定的影响。这里所指的“钢的原始组织”，包括钢中夹杂物的级别、带状组织级别、成份的偏析程度、游离碳化物分布的方向性等，以及由于不同的预先热处理而得到的不同组织（如珠光体、回火索氏体、回火屈氏体等）。对模具钢来说，主要考虑的是碳化物偏析、碳化物的形状和分布形态。

高碳高合金钢（如Cr12型钢）中碳化物偏析对淬火变形的影响特别明显。由于碳化物偏析造成钢加热至奥氏体状态后的成分不均匀性，因而，不同区域的Ms点就会有高有低。在同样冷却条件下，奥氏体向马氏体转变就有先有后，转变后的马氏体就因含碳量不同而比容有大有小，甚至有一些低碳、低合金区域可能根本得不到马氏体（而得到贝氏体、屈氏体等），所有这些都会造成零件淬火后的不均匀变形。

不同的碳化物分布形态（呈颗粒状或纤维状分布），对基体胀缩的影响也不同，因而也会影响热处理后的变形，一般是顺着碳化物纤维方向型腔胀大，且较显著；而垂直于纤维方向则缩小，但不显著，有些厂为此特作了规定，型腔所在面应与碳化物纤维方向垂直，以减小型腔的变形，当碳化物呈颗粒状均匀分布时，则型腔表现为均匀的胀缩。

此外，最终热处理之前的组织状态对变形也有一定的影响，例如，原始组织为球状珠光体的就比片状珠光体的在淬火后变形倾向要小。所以变形要求严格的模具，常在粗加工后先进行一次调质处理，然后再进行精加工及最终热处理。

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