優化熱處理工藝控制模具變形

王厚明

東臺市經濟和信息化委員會技改項目辦公室，江蘇 東臺 224200

金屬模具在熱處理過程中易產生變形，特別是對于加工精度要求較高的模具而言，熱處理工藝選擇不當也易導致模具報廢。因此，優化熱處理工藝控制模具的變形也是企業在實際生產過程中經常碰到的話題。現以圖1模具的熱處理為例，對其熱處理工藝方法探討。

圖1 工作圖

該模具技術要求：6個Φ12mm孔尺寸及誤差和位置尺寸及誤差要求如圖1所示，平面度誤差小于0.02mm，模具材料為Cr12MoV，硬度為HRC58～62。由此可見，該模具加工精度要求較高，故其加工工藝不同于一般模具，尤其是鍛造、熱處理時要采取嚴格措施，防止模具變形。基于這一要求，經反復試驗、研討，制訂了模具的加工、熱處理工藝方案，并付于實施。

1 模具坯料鍛造工藝

Cr12MoV鋼的化學成份復雜，屬高碳高鉻冷作模具鋼，再結晶溫度高，若始鍛溫度偏低，則易產生冷作硬化現象，所以該模具坯料的終鍛溫度要控制在固溶線（Acm）以下，共析線（A1）以上50～100℃，若終鍛溫度太高，停鍛后模具坯料組織內將出現晶粒粗大的二次網狀滲碳體，大大降低模具綜合性能；終鍛溫度太低，則再結晶困難，加工硬化現象嚴重，模具變形抗力大，塑性差。通過實踐多次證實，Cr12MoV鋼的實際可鍛溫度范圍比較狹窄（約250℃左右），經過實踐對比及相關資料查閱研究，最終確定始鍛溫度為1100～1150℃，終鍛溫度為880～900℃。同時，要選擇合適的鍛造比，一般選擇3～4，以充分破碎網狀碳化物，細化內部組織晶粒并使坯料內部組織纖維流向垂直于模具大平面，以利于控制熱處理時模具的變形。

2 模具退火處理工藝

模具坯料鍛造后要采取球化退火，使模具坯料組織內網狀滲碳體球狀化，以降低硬度和提高韌性，改善模具坯料的切削加工性能和機械性能，同時也為后面的淬火工序做準備，減少模具淬火時產生變形和裂紋的傾向。采用球化退火工藝如圖2所示，球化退火后，模具坯料的組織為索氏體和顆粒狀碳化物，硬度為HB206～260。

圖2 球化退火工藝

3 模具調質處理工藝

由于該模具材料內部組織碳化物較多且化學成份復雜，為此在精加工前增加一道調質處理工序，調質處理工藝如圖3所示。經過調質處理后，模具材料內部組織變為細致而均勻的顆粒狀索氏體和滲碳體的混合物，可使模具獲得較好的強度、塑性和韌性，同時減少模具淬火的變形，增加模具穩定性。

圖3 調質工藝

4 模具淬火處理工藝

模具淬火加熱溫度對淬火質量有很大影響，也是關鍵之所在。如果模具加熱溫度過高，將得到粗大的奧氏體組織，淬火后增加了淬火應力，易引起模具變形，也會使模具硬度下降，綜合性能變壞。因此，正確優選淬火加熱溫度，可使淬火后獲得均勻細小的馬氏體和小顆粒的滲碳體組織，進而減小模具變形量甚至無變形。經多次試驗并結合以往經驗，淬火溫度為1000℃時，其變形量為△D=10μm，△L=60μm；1050℃淬火時，△D=－10μm，△L=30μm，故淬火加熱溫度應控制在1010±10℃，同時，為防止加熱引起模具變形，采用分段加熱，淬火工藝如圖4所示。加熱后，如采用直接油淬，依據以往經驗可能出現變形較大及孔徑、孔距、翹曲度可能達不到要求現象。經多次工藝試驗，最終采用如下工藝：加熱保溫結束后，先在820℃的溫度中預冷2分鐘，然后將模具放置到已預熱至350～400℃的兩塊特制鋼板保溫層之間，在壓力機上壓緊后進入400℃硝鹽爐中等溫3小時，最后空冷至室溫。經上述工藝處理后，不但保證了模具孔徑及孔距尺寸公差，橫拉桿和斜支撐，待混凝土澆筑完成后割除。溶洞段不灌漿，頂部預埋Φ50鋼管作排水孔作用，如而且平面度誤差也達到規定的技術要求。

圖4 淬火工藝

5 模具回火處理工藝

模具淬火后應及時進行回火處理，以消除模具的殘余應力及獲得穩定的組織和性能，保持模具在使用過程中不再發生形狀和尺寸的改變。回火溫度要根據淬火后模具組織內殘余奧氏體的量來決定，并以此控制和調整模具熱處理后的尺寸。如孔徑增大，可采用340～430℃的加壓回火；如孔徑縮小，可采用420～520℃回火，以增大尺寸。應該注意的是：模具必須經兩次回火，依據模具每次回火后的實際尺寸變化，確定下一次的回火溫度，以便將模具的變形量控制在所要求的公差尺寸范圍內。

通過優化熱處理工藝，模具的孔距、孔徑、平面度及硬度均達到技術要求，尤其值得提出的是模具壽命明顯提高，在初期使用中未發現變形與開裂現象，這是采用一般熱處理工藝的模具所無法比擬的，充分證明優化熱處理工藝取得的效果。