?模具真空熱處理的表面質(zhì)量要點主要包括以下幾個方面:
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一、表面光潔度
加熱過程中的影響因素
真空度的控制:在真空熱處理過程中,合適的真空度是保證模具表面光潔度的關(guān)鍵。如果真空度過低,爐內(nèi)殘留的氧氣、水蒸氣等氣體會與模具表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致氧化,使表面光潔度下降。例如,當(dāng)真空度低于一定值時,模具鋼表面的鐵元素會與氧氣反應(yīng)生成氧化鐵,形成氧化皮,影響表面質(zhì)量。一般來說,對于模具真空熱處理,真空度應(yīng)控制在 10?3 - 10?? Pa 之間,這樣可以有效減少氧化現(xiàn)象。
加熱速度的調(diào)節(jié):加熱速度過快可能會導(dǎo)致模具表面和心部的溫差過大,產(chǎn)生熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力可能會使模具表面產(chǎn)生微小的裂紋或變形,從而影響表面光潔度。因此,需要根據(jù)模具的材質(zhì)、形狀和尺寸等因素,合理調(diào)節(jié)加熱速度。例如,對于形狀復(fù)雜、尺寸較大的模具,加熱速度應(yīng)該相對較慢,通常控制在一定的升溫速率范圍內(nèi),如 10 - 20℃/min,以避免因熱應(yīng)力而損壞表面質(zhì)量。
冷卻過程中的注意事項
冷卻介質(zhì)的選擇:冷卻介質(zhì)對模具表面質(zhì)量有重要影響。在真空熱處理中,常用的冷卻介質(zhì)有惰性氣體(如氬氣、氮氣)和油。惰性氣體冷卻速度相對較慢,但可以避免模具表面與冷卻介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),適用于對表面質(zhì)量要求較高的精密模具。油冷的冷卻速度較快,但如果油的質(zhì)量不好或模具表面有雜質(zhì),可能會導(dǎo)致表面污染或出現(xiàn)淬火裂紋。因此,要選擇高質(zhì)量的淬火油,并確保模具表面清潔后再進行冷卻。
冷卻均勻性:確保模具在冷卻過程中的冷卻均勻性對于保持表面光潔度至關(guān)重要。如果冷卻不均勻,模具表面會產(chǎn)生不均勻的熱應(yīng)力,導(dǎo)致變形和裂紋。為了實現(xiàn)均勻冷卻,可以采用合適的工裝夾具,使模具在冷卻介質(zhì)中能夠均勻地散熱。例如,對于形狀不規(guī)則的模具,可以設(shè)計專門的夾具,保證模具各個部位與冷卻介質(zhì)的接觸面積和冷卻速度相近。
二、表面硬度
滲層質(zhì)量控制
滲碳或滲氮處理:對于一些需要提高表面硬度的模具,會進行滲碳或滲氮處理。在滲碳過程中,要控制好滲碳氣氛、溫度和時間等參數(shù),以確保滲層的質(zhì)量。例如,滲碳溫度一般在 900 - 950℃之間,時間根據(jù)滲層深度要求而定,通常為幾個小時。如果滲碳溫度過高或時間過長,可能會導(dǎo)致滲層過厚,表面碳濃度過高,出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物,使模具表面硬度不均勻,并且容易產(chǎn)生脆性。滲氮處理時,溫度相對較低,一般在 500 - 600℃之間,時間也較長,要注意控制氨分解率等參數(shù),以獲得均勻、硬度合適的滲氮層。
滲層深度和均勻性:模具表面滲層的深度和均勻性直接影響其表面硬度和耐磨性。通過精確控制滲碳或滲氮工藝參數(shù),可以使?jié)B層深度達到設(shè)計要求,并且在模具表面均勻分布。例如,采用先進的氣氛控制技術(shù)和溫度監(jiān)測系統(tǒng),實時調(diào)整滲碳或滲氮氣氛和溫度,確保滲層深度的誤差控制在較小范圍內(nèi),一般要求滲層深度偏差不超過 ±0.05mm,以保證模具表面硬度的均勻性。
淬火和回火工藝優(yōu)化
淬火溫度和時間:淬火是提高模具表面硬度的關(guān)鍵步驟。淬火溫度和時間的選擇要根據(jù)模具的材質(zhì)和尺寸來確定。過高的淬火溫度或過長的淬火時間可能會導(dǎo)致模具表面晶粒粗大,降低表面硬度和韌性。例如,對于 Cr12MoV 模具鋼,淬火溫度一般在 1020 - 1050℃之間,淬火時間根據(jù)模具尺寸和裝爐量適當(dāng)調(diào)整。在淬火過程中,要嚴(yán)格控制溫度和時間,確保模具表面獲得合適的馬氏體組織,從而提高表面硬度。
回火工藝的配合:回火是在淬火后進行的重要工藝,用于消除淬火應(yīng)力,穩(wěn)定組織,提高模具的韌性和尺寸穩(wěn)定性?;鼗饻囟群痛螖?shù)對模具表面硬度也有一定的影響。一般來說,回火溫度在 550 - 650℃之間,回火次數(shù)為 2 - 3 次。通過合理的回火工藝,可以使模具表面硬度達到最佳值,并且避免因淬火應(yīng)力導(dǎo)致的表面裂紋和變形。
三、表面成分與組織
元素擴散與分布
合金元素的作用:模具鋼中的合金元素(如 Cr、Mo、V 等)在真空熱處理過程中會發(fā)生擴散和重新分布,這對模具的表面成分和組織有重要影響。例如,鉻元素可以提高模具的抗氧化性和耐腐蝕性,在熱處理過程中,要確保鉻元素在模具表面形成均勻的富鉻層。通過控制熱處理溫度和時間,使合金元素在表面和心部之間合理擴散,避免出現(xiàn)合金元素的偏析現(xiàn)象,從而保證模具表面成分的均勻性。
表面脫碳和增碳控制:在熱處理過程中,模具表面可能會出現(xiàn)脫碳或增碳現(xiàn)象。脫碳會導(dǎo)致模具表面碳含量降低,硬度下降;增碳則可能使表面碳濃度過高,出現(xiàn)脆性。為了防止脫碳,要保證足夠高的真空度和合適的加熱速度;對于增碳問題,要精確控制滲碳氣氛和時間,避免碳的過度滲入。例如,在真空加熱過程中,當(dāng)真空度達到一定要求并且加熱速度適中時,可以有效減少模具表面的脫碳現(xiàn)象,使表面碳含量保持在合適的范圍內(nèi)。
組織轉(zhuǎn)變與控制
奧氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變:在淬火過程中,模具鋼的組織從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。這個轉(zhuǎn)變過程對模具表面的硬度和韌性有很大影響。要控制好淬火溫度和冷卻速度,確保奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變完全且均勻。例如,在冷卻過程中,冷卻速度要足夠快,以抑制珠光體等其他組織的形成,使模具表面獲得細小、均勻的馬氏體組織。通過合理的淬火和回火工藝,可以進一步細化馬氏體組織,提高模具的表面質(zhì)量和性能。
殘余奧氏體的控制:模具淬火后可能會殘留一定量的奧氏體組織。殘余奧氏體過多會降低模具的硬度和尺寸穩(wěn)定性。可以通過深冷處理或多次回火等方法來減少殘余奧氏體的含量。例如,深冷處理溫度一般在 - 80℃ - - 196℃之間,經(jīng)過深冷處理后,殘余奧氏體可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,從而提高模具的表面硬度和耐磨性。