影响模具热处理质量的因素及预防措施

日照市技师学院 （山东 276826） 刘招安

一、热处理工艺因素的影响及防止措施

在热处理的过程中，由于热处理工艺控制不当，使工件产生某些缺陷，如氧化、脱碳、过热、过烧、硬度不足、变形与开裂等。对热处理质量影响很大，甚至造成工件报废。其中氧化与脱碳、变形与开裂是最常见的热处理缺陷。

1.氧化与脱碳

氧化与脱碳是工件在加热时，由于加热炉中介质控制不好而出现的缺陷。

钢在氧化介质中加热时，会发生氧化而在表面形成一层Fe2O3、Fe3O4、FeO。加热温度越高、保温时间越长，其氧化作用也越强。

钢在某些含有O2、CO2、H2及H2O的介质中加热时，会使表层含碳量下降，这种现象称之为“脱碳”。表层脱碳后，内层的碳原子便向表层扩散，使脱碳层逐渐加深。加热时间越长，脱碳层越深。

氧化与脱碳使模具零件的质量与使用寿命大大降低。如氧化严重可使零件淬火达不到硬度要求。脱碳后零件表层含碳量降低，使临界冷却速度增大，淬火后影响表层硬度与耐磨性，还可以造成工件表面质量差，从而降低疲劳极限等。减少或防止工件在淬火中氧化与脱碳的措施有：

（1）正确控制淬火加热温度及保温时间 在保证奥氏体化的前提下，其加热温度要尽可能的低。保温时间要尽可能短。

（2）采用脱氧良好的盐浴炉加热 如果在以空气为介质的电炉中加热，应采取保护措施，如工件表面涂上一层保护涂料或向炉内加入适量木炭、滴入煤油等进行保护。

（3）应用可控气氛炉加热 根据工件的含碳量和加热温度不同，向炉内送入可以控制的保护气氛，使工件表面不氧化、脱碳，也不渗碳。

（4）采用真空炉加热 它不但能防止氧化与脱碳，还能使工件净化，提高性能。但设备复杂，应用较少。

2.变形与开裂

淬火中变形与开裂主要是淬火时形成的内应力引起的。形成内应力的原因主要是热应力和相变应力。热应力是由于工件在加热和冷却时内外温度不一致，使工件截面热胀冷缩先后不一致造成的。相变应力是由于加热时获得奥氏体和冷却时获得马氏体的比体积不同，以及零件淬火时其转变先后不一致，造成工件体积膨胀不均匀的结果。热应力和相变应力是不可分割的，是淬火中同时产生，因而变形与开裂是热应力和相变应力复合的结果。当这种复合应力超过工件材料的屈服强度时，便产生变形；当超过工件材料的抗拉强度时，便产生开裂。

淬火中的内应力是不可避免的。为了控制和减少变形，防止开裂，一般采取以下措施。

（1）合理的锻造工艺 合理的锻造工艺可使网状、带状及大块的碳化物，呈弥散均匀地分布，减小内应力产生而减小变形与开裂。

（2）合理的预备热处理 淬火前预备热处理，如退火与正火等。这种方法不但可以为淬火作好组织准备，而且还可以消除工件在前面加工中产生的内应力，在淬火中减小变形与开裂。

（3）合理的淬火工艺 如正确选用加热温度与时间，避免奥氏体晶粒粗大；对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢多次加热，以减小加热中的热应力。工件在炉中安放要保证受热均匀，防止加热时变形。选择淬火冷却介质和淬火方法要合适，以减小冷却中热应力和相变应力等，对减小变形和防止开裂有着重要的作用。

（4）淬火后及时回火 淬火后的工件如不及时回火，消除淬火应力，对某些形状复杂或含碳量较高的工件，在等待回火过程中就会发生变形与开裂。因此，淬火后的工件应及时回火。

（5）采用正确的浸入淬火冷却介质方式 工件浸入方式的选择因工件形状、尺寸不同而不同，总之，以保证工件各部位尽可能均匀冷却为原则。如杆类工件浸入时，应使轴向中心线与液面垂直，盘、环类工件应使径向中心线与液面垂直等。

二、零件结构因素的影响及防止措施

设计模具零件时，如果只考虑结构形状适合机构应用的需要，而忽视了零件结构的热处理工艺性，会造成零件结构形状不合理而增大了淬火时变形与开裂的倾向。一般应遵循的原则及改善工艺性的措施如下：

（1）为防止淬火时应力集中，应避免零件上尖角、棱角。一般设计成圆角或倒角。

（2）厚薄悬殊的截面，在淬火过程中，由于冷却不均匀会引起变形与开裂。一般对该类零件要在结构上采取措施：如开工艺孔，合理安排孔、槽位置，在厚度大的截面切除不影响结构的材料等，使厚度基本均匀，减小变形与开裂。

（3）为避免应力分布不均而产生变形，零件尽量采用对称结构以减小变形。

（4）对结构上需要制成开口形的零件，加工时先加工成封闭结构。淬火、回火后再切断为开口形状，以减小变形。

（5）某些整体结构的零件，可采用组合结构分别进行淬火，则可以减小变形，防止开裂。

（20131121）