Cr5MoSiV1钢球化退火和模具制作过程.doc

　　 Cr5MoSiV1钢球化退火和模具制作过程
　　(1)毛坯锻轧后进行退火工艺，见图5-1。包括锻造后的球化退火和模具制作过程中的去应力退火两部分。其主要目的是:在原材料阶段改善结晶组织，方便加工并降低硬度，为防止加工后变形和淬火裂纹而去除内应力。
　　1)球化退火。模具钢经锻造后，钢的内部组织变成不稳定的结晶，硬度高，切削困难。而且，这种状态的钢，内应力大，加工后容易变形和淬裂，力学性能差。为使碳化物结晶变成球化稳定组织，必须进行球化退火。
　　2)机械加工过程消除应力的退火工艺，如图5-2。对有残留应力的模具钢进行机械加工，加工后会产生变形。如果机械加工后仍留有应力，则在淬火时会发生很大的变形或淬火裂纹。为防止这些问题发生，必须进行去应力退火。

　　图5-1

　　图5-2
　　在模具制作过程中，应进行三次去应力退火:
　　①在切削掉原材料体积的1/3以上形状或对原材料厚度1/2深度加工时，加工余量留有5一10mm，进行第一次去应力退火。
　　②在精加工留有余量(2一5mm)时，进行第二次去应力退火。
　　③在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
　　(2)淬火工艺，见图5-3和表5-2、表5-3

　　图5-3

　　表8-2

　　表8-3
　　淬火设备采用高压高流速真空气淬火炉。
　　1)淬火前:采用热平衡法，提高模具加热和冷却的整体一致性。对凡是影响到这一点的薄壁孔、沟槽、型腔等，都要进行填充、封堵，尽量做到模具能均衡加热和冷却;同时，注意装炉方式，防止压铸模在高温时因自重而引起的变形。
　　2)模具的加热:.在加热过程中要缓慢加热(升温速度为200℃/h )，并采用两级预热方式，防止快速升温造成模具内、外温差过大，引起过大的热应力，同时减小相变应力。
　　3)淬火温度与保温时间:要采用下限淬火加热温度，均热时间不宜过短或过长，一般由壁厚和硬度来确定均热时间。
　　4)淬火冷却:采用预冷方式，并通过调节气压与风速，有效地控制冷却速度，使之最大限度地实现理想冷却。即:预冷到850℃后，增大冷却速度，快速通过等温转变图鼻部，模温在500℃以下则逐渐降低冷却速度，到Ms点以下则采用近似等温转变的冷却方式，以最大限度地减少淬火变形。模具冷却到约150℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
　　3)回火工艺，见表5-4和图5-4。淬火的模具冷却到约100℃时，就要立即进行回火，以防止继续产生变形，甚至开裂。回火温度由工作硬度来确定，一般要进行三次回火。

　　表5-4

　　图5-4
　　(4)渗氮处理。一般压铸模经淬火、回火(45-47 HRC)后就能使用，但为了提高模具的耐磨性、抗蚀性、和抗氧化性，防止粘模，延长模具的寿命，必须进行渗氮处理。渗氮层深度一般为0.15一0.20mm。
　　渗氮后需要打光，磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。
　　(5)几点说明。
　　1)模具的热处理变形是由于相变应力、热应力的共同作用引起的，受多种因素影响。因此，在正确选材的前提下，还要注意毛坯的锻造，要采用六面锻造的方法，反复镦拔。同时，在模具的设计阶段就必须注意，使壁厚尽量均匀(壁厚不均匀时要开工艺孔);对形状复杂的模具，要采用镶拼结构，而不采用整体结构;对有薄壁、尖角的模具，要采用圆角过渡和增大圆角半径。在热处理时要做好数据记录，如长、宽、厚各方向上的变形量，热处理条件(装炉方式、加热温度、冷却速度、硬度等)，为日后模具的热处理积累经验。
　　2)压铸模的加工一般有两种工艺流程，都是根据实际情况确定的。
　　第一种:一般压铸模。锻打→球化退火→叶粗加工→第一次去应力退火(留有余量5一10mm ) →粗加工→第二次去应力退火(留有余量2一5mm) →精加工→第三次去应力退火(试模后、淬火前) →淬火→回火→钳修→渗氮。
　　第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。锻打→球化退火→粗加工→第一次去应力退火(留有余量5-10mm)→淬火→回火→机、电加工→第二次去应力退火(留有余量2一5mm) →机、电加工→第三次去应力退火(试模后)→钳修→渗氮。
　　3)压铸模由于一直在高温、高冲蚀的状态下工作，热应力的积累会使模具产生应力开裂又称龟裂。为减少热应力，投产一段时间以后压铸模模板就要进行一次去应力的回火处理，或者采用振动除应力的办法。回火温度可取480 -520℃，采用真空炉进行回火的回火温度可取上限。此外，也可用保护气氛炉回火或者装箱(装铁屑)进行回火处理。回火的时机见表5-5

　　表5-5
　　(1)毛坯锻轧后进行退火工艺，见图5-1。包括锻造后的球化退火和模具制作过程中的去应力退火两部分。其主要目的是:在原材料阶段改善结晶组织，方便加工并降低硬度，为防止加工后变形和淬火裂纹而去除内应力。
　　1)球化退火。模具钢经锻造后，钢的内部组织变成不稳定的结晶，硬度高，切削困难。而且，这种状态的钢，内应力大，加工后容易变形和淬裂，力学性能差。为使碳化物结晶变成球化稳定组织，必须进行球化退火。
　　2)机械加工过程消除应力的退火工艺，如图5-2。对有残留应力的模具钢进行机械加工，加工后会产生变形。如果机械加工后仍留有应力，则在淬火时会发生很大的变形或淬火裂纹。为防止这些问题发生，必须进行去应力退火。

　　图5-1

　　图5-2
　　在模具制作过程中，应进行三次去应力退火:
　　①在切削掉原材料体积的1/3以上形状或对原材料厚度1/2深度加工时，加工余量留有5一10mm，进行第一次去应力退火。
　　②在精加工留有余量(2一5mm)时，进行第二次去应力退火。
　　③在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
　　(2)淬火工艺，见图5-3和表5-2、表5-3

　　图5-3

　　表8-2

　　表8-3
　　淬火设备采用高压高流速真空气淬火炉。
　　1)淬火前:采用热平衡法，提高模具加热和冷却的整体一致性。对凡是影响到这一点的薄壁孔、沟槽、型腔等，都要进行填充、封堵，尽量做到模具能均衡加热和冷却;同时，注意装炉方式，防止压铸模在高温时因自重而引起的变形。
　　2)模具的加热:.在加热过程中要缓慢加热(升温速度为200℃/h )，并采用两级预热方式，防止快速升温造成模具内、外温差过大，引起过大的热应力，同时减小相变应力。
　　3)淬火温度与保温时间:要采用下限淬火加热温度，均热时间不宜过短或过长，一般由壁厚和硬度来确定均热时间。
　　4)淬火冷却:采用预冷方式，并通过调节气压与风速，有效地控制冷却速度，使之最大限度地实现理想冷却。即:预冷到850℃后，增大冷却速度，快速通过等温转变图鼻部，模温在500℃以下则逐渐降低冷却速度，到Ms点以下则采用近似等温转变的冷却方式，以最大限度地减少淬火变形。模具冷却到约150℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
　　3)回火工艺，见表5-4和图5-4。淬火的模具冷却到约100℃时，就要立即进行回火，以防止继续产生变形，甚至开裂。回火温度由工作硬度来确定，一般要进行三次回火。

　　表5-4

　　图5-4
　　(4)渗氮处理。一般压铸模经淬火、回火(45-47 HRC)后就能使用，但为了提高模具的耐磨性、抗蚀性、和抗氧化性，防止粘模，延长模具的寿命，必须进行渗氮处理。渗氮层深度一般为0.15一0.20mm。
　　渗氮后需要打光，磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。
　　(5)几点说明。
　　1)模具的热处理变形是由于相变应力、热应力的共同作用引起的，受多种因素影响。因此，在正确选材的前提下，还要注意毛坯的锻造，要采用六面锻造的方法，反复镦拔。同时，在模具的设计阶段就必须注意，使壁厚尽量均匀(壁厚不均匀时要开工艺孔);对形状复杂的模具，要采用镶拼结构，而不采用整体结构;对有薄壁、尖角的模具，要采用圆角过渡和增大圆角半径。在热处理时要做好数据记录，如长、宽、厚各方向上的变形量，热处理条件(装炉方式、加热温度、冷却速度、硬度等)，为日后模具的热处理积累经验。
　　2)压铸模的加工一般有两种工艺流程，都是根据实际情况确定的。
　　第一种:一般压铸模。锻打→球化退火→叶粗加工→第一次去应力退火(留有余量5一10mm ) →粗加工→第二次去应力退火(留有余量2一5mm) →精加工→第三次去应力退火(试模后、淬火前) →淬火→回火→钳修→渗氮。
　　第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。锻打→球化退火→粗加工→第一次去应力退火(留有余量5-10mm)→淬火→回火→机、电加工→第二次去应力退火(留有余量2一5mm) →机、电加工→第三次去应力退火(试模后)→钳修→渗氮。

　　3)压铸模由于一直在高温、高冲蚀的状态下工作，热应力的积累会使模具产生应力开裂又称龟裂。为减少热应力，投产一段时间以后压铸模模板就要进行一次去应力的回火处理，或者采用振动除应力的办法。回火温度可取480 -520℃，采用真空炉进行回火的回火温度可取上限。此外，也可用保护气氛炉回火或者装箱(装铁屑)进行回火处理。回火的时机见表5-5

　　表5-5