精密复杂模具在热处理过程中变形的原因分析(2)
(1)变形的原因 任何金属加热时都要膨胀，由于钢在加热时，同一个模具内，各部分的温度不均(即加热的不均匀)就必然会造成模具内各部分的膨胀的不一致性，从而形成因加热不均的内应力。在钢的相变点以下温度，不均匀的加热主要产生热应力，超过相变温度加热不均匀，还会产生组织转变的不等时性，既产生组织应力。因此加热速度越快，模具表面与心部的温度差别越大，应力也越大，模具热处理后产生的变形也越大。
(2)预防措施 对复杂模具在相变点以下加热时应缓慢加热，一般来说，模具真空热处理变形要比盐浴炉加热淬火小得多。‚采用预热，对于低合金钢模具可采用一次预热(550-620ºC)；对于高合金刚模具应采用二次预热(550-620ºC和800-850ºC)。
2、加热温度的影响
一些厂家为了保证模具达到较高硬度，认为需提高淬火加热温度。但是生产实践表明，这种做法是不恰当的，对于复杂模具，同样是采用正常的加热温度下进行加热淬火，在允许的上限温度加热后的热处理变形要比在允许的下限温度加热的热处理变形大得多。
(1)变形原因 众所周知，淬火加热温度越高，钢的晶粒越趋长大，由于较大晶粒能使淬透性增加，则使淬火冷却时产生的应力越大。再之，由于复杂模具大多由中高合金钢制造，如果淬火温度高，则因Ms点低，组织中残留奥氏体量增多，加大模具热处理后变形。
(2)预防措施 在保证模具的技术条件的情况下合理选择加热温度，尽量选用下限淬火加热温度，以减少冷却时的应力，从而减少复杂的热处理变形。
五、残留奥氏体的影响
一些高合金模具钢，如Cr12MoV钢模具在淬火和低温回火后，模具的长、宽、高皆发生缩小现象，这是因为模具淬火后残留奥氏体量过多而引起的。
1、变形原因
因合金钢(如Cr12MoV钢)淬火后含有大量残留奥氏体，钢中各种组织有不同的比体积，奥氏体的比体积最小，这是高合金钢模具淬火低温回火后体积发生缩小的主要原因。钢的各种组织的比体积按下列顺序递减：马氏体-回火索氏体-珠光体-奥氏体
2、预防措施
(1)适当降低淬火温度。正如前面叙述过的淬火加热温度越高，残留奥氏体量越大，因此选择适当的淬火加热温度是减少模具缩小的重要措施。一般在保证模具技术要求的情况下，要考虑模具的综合性能，适当降低模具的淬火加热温度。
(2)一些数据表明，Cr12MoV钢模具淬火后，500ºC回火较200ºC回火的残留奥氏体量少了一半，所以在保证模具技术要求的前提下，应适当提高回火温度。生产实践表明：Cr12MoV钢模具500ºC回火模具变形量最小，而硬度降低不多(2~3HRC)。
(3)模具淬火后采取冷处理是减少残留奥氏体量的最佳工艺，也是减少模具变形、稳定使用时发生尺寸变化的最佳措施，因此精密复杂模具一般应采用深冷处理。
六、冷却介质和冷却方法的影响
模具热处理变形往往是在淬火冷却后所表现出来的，这虽然有以上各种因素的影响，但冷却过程中的影响也是不可忽视的。
1、变形产生的原因
当模具冷却到Ms点以下时，钢即发生相变，除因冷却不一致所早成的热应力外，还有因相变的不等时性而产生的组织应力，冷却速度越快，冷却越不均匀，产生的应力越大，模具的变形也越大。
2、预防措施
(1)在保证模具硬度要求的前提下，尽量采用预冷，对于碳素钢和低合金模具钢可预冷至棱角部位发黑(720~760ºC)。对于在珠光体转变区过冷奥氏体较稳定的钢种可预冷至700ºC左右。
(2)采用分级冷却淬火能显著减少模具淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些复杂模具变形的有效方法。
(3)对一些精密复杂模具，采用等温淬火能显著减少变形。
七、改进热处理工艺、减少模具热处理变形
模具在淬火后的变形，不论采取什么方法，变形都是无法避免的，但是对于要严格控制变形量的精密复杂模具可采取以下方法进行控制。
1、采用调质热处理
对基体硬度要求不高，而表面硬度要求较高的精密复杂模具，可采取模具粗加工后进行调质热处理，精加工后进行低温氮化处理(500~550ºC)，由于模具氮化温度低，不存在基体组织相变，另外炉冷至室温出炉，冷却应力也较少，模具变形较小。
2、采用预先热处理
对精密复杂模具，如其硬度要求不太高，可采用预先热处理的预硬钢，对模具钢(如3Cr2Mo, 3CrMnNiMo钢)进行预先热处理，使之到达使用时的硬度(较低硬度为25~35HRC，较高硬度为40~50HRC)，然后把模具加工成型不再进行热处理，从而保证精密复杂模具的精度。
3、采用时效硬化型模具钢
对精密复杂模具可采用时效硬化钢，如PMS(1Ni3Mn2CuA1.Mo)钢是一种新型时效模具钢，在870ºC固溶淬火后的硬度在30HRC左右，便于机械加工，模具加工成型后再进行500ºC左右的时效热处理，即可获得40~45HRC的较高硬度，模具变形较小，只需要进行抛光处理，是理想的精密复杂模具用钢。
