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模具钢材热处理淬火的方法及目的

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模具钢材热处理淬火的方法及目的
  将钢件加热到临界温度以上,保温一定时间,随后放入淬火冷却介质(水、油及盐或碱的水溶液)中快速冷却下来,以得到马氏休组织的一种热处理方法,称为淬火。
  淬火和回火是模具钢或模具零件强化的最主要手段,也是最常用的最终热处理。其关键是控制加热速度、淬火温度、保温时间和泠却速度。
  一、模具钢材加工热处理淬火工艺的目的
  1、提高硬度和耐磨性,增加模具使用寿命和耐用度。
  2、提高弹性。通过淬火加上一定温度回火,常是提高弹性元件的重要途径。
  3、提高强度和韧性。通过淬火和适当温度回火,可以达到良好的强度和韧性,获得良好的综合力学性能。
  4、通过淬火可提高物殊性能钢的永久磁性、耐蚀性和耐热性等。
模具钢
  二、淬火的方法  淬火的方法有多种,生产中常用的有如下几种:
  1、单液淬火法。将加热的钢件投入一种淬火冷却介质中一直冷却到室温的淬火,称为单液淬火法。例如,一般碳钢在水中或水溶液中淬火,合金钢在油中淬火等均属单液淬火法。它是最常用的一种淬火方法。
  2、双液淬火法。先将加热的钢件投入冷却能力较强的介质中冷却,使奥氏体急速过冷至接近于马氏体转变区域,然后再立即转入另一冷却能力较弱的介质中冷却至室温,从而得到马氏体转变的操作过程,称为双液淬火法。碳钢通常采用先水冷后油冷的方法进行双液淬火。采用水、油双液淬火法相比,减小了淬火时的内应力,减少工件开裂民变形。双液淬火的关键是准确控制钢件由第一种介质转入第二种介质时的温度。
  3、预冷淬火法。将加热的钢件从加热炉中取出后,先在空气中冷却到一定温度,再投入冷却介质中冷却,称为预冷淬火法。实践表明,预冷淬火法可在不降低淬火件硬度和淬硬层深度条件下,使淬火热应力大为减小,因而也有助于减小淬火变形和开裂。
  4、分级淬火法。将加热的钢件先投入温度在马氏体开始转变点Ms附近的冷却介质中等温停留一段时间(一般为2——5min),待工件表面与中心温度基本上一致时,再取出在空气中冷却,以获得马氏体组织的淬火,称为分级淬火。与单液淬火法、双液淬火法相比,分级淬火可以显著地减小淬火内应力与淬火工件变形和开裂的倾向。多用于碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、合金结构及钢结硬质合金的淬火。且工件尺寸不大。
  5、等温淬火法。将加热的钢件投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中,保温足够长时间(一般为半小时以上),使过冷奥氏体转变为下贝氏体组织,待基本转变完成后取出空冷的操作过程,称为等温淬火法,又称贝氏体淬火。等温淬火法的特点是淬火内应力很小,工件不易发生变形与开裂。同时所得到的下贝氏体组织又具有良好的综合力学性能,其强度、硬度、韧性和耐磨性都较高,对提高模具使用寿命有利。
  由于低碳贝氏体的性能不如低碳马氏体好,滴滴涕低碳钢一般不进行等温淬火。等温淬火适用于中碳以上的钢,多用于合金工具的淬火。且工件尺寸也不能太大。
  6、火焰淬火法。它是利用可燃气体(如乙炔、甲烷、丙烷、煤气、天燃气)为燃料,氧气为助燃剂,用气焊用的喷枪,把模具需要淬硬的部位加热到淬火温度,随即用水或空气快速冷却后获得所需的表层硬度和淬硬层深度的操作过程,称为火焰淬火法。
  火焰淬火的火焰温度决定于火焰源,如氧乙炔焰,最高温度约3200。C;煤气、氧气焰,最高温度约2000℃。火焰淬火的淬硬层一般为2——6mm.火焰淬火的主要特点只是表层淬硬而基体组织没有变化,所以淬火无变形。它适用于具有火焰淬硬性能的冷作模具钢7CrSiMnMov。其他材料虽然也可以用,但效果不良,往往产生淬火的局部与未淬火的基体开裂。同时适用于刀口模和弯曲模的肩部淬硬。
  火焰淬火时,一定要使用“不还原焰”,以避免氧化。所谓还原焰是指焊炬所供给氧气一定要适当,不能过多。一般火焰长度控制在10——15mm,氧气压力为49——69MPa,乙炔压力为4.9——6.9MPa。加热时火焰端部离加热面2——3mm,距刃口边缘4——6mm,加热带控制在8——12mm。
  7、真空淬火。这是一种新的热处理技术。将工件置于密闭的真空炉内加热至一定温度,然后在炉内泠却的方法,称为真空淬火。真空淬火的最大特点是工件在真空炉内加热和冷却,零件表面的氧化作用得到抑制,从而可以得到光亮的处理表面,而且变形量很小(<0.01mm)所以,有些工件经过真空淬火后可不用再精加工而直接使用。此外实践表明,经真空淬火的工人件,强度和韧性比用盐浴淬火后均有增加,使用寿命成倍提高。因此真空淬火特别适合精密零件和要求高的凸、凹模零件另工。
  一般中温加热的工件,真空度为0.1——1Pa即可达到真空淬火的目的。当真空度高时,钢中的合金元素蒸发变成气体到炉内,使工件表面变粗,影响质量。
  这里要说明的是,仅仅完成淬火态的工件不允许直接用于工作中。淬火后必须实时进行1-2次或多次的回火处理,以调整其组织及应力等。淬火回火对模具零件或其他机械零件来说,其处理过程一前一后总是捆绑在一起才算最终热处理。单是淬火不是最终热处理,加回火才是最终的热处理工序。
 
模具钢材热处理淬火的方法及目的

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