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[交流分享] 模具钢的热处理与硬度选择,工程师的必修课!

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发表于 2018-8-27 16:04:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.热处理与模具寿命

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什么叫热处理?热处理是将钢材加热,冷却得到所需组织和性能的一种工艺

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热处理的三把火

● 退火(Annealing)—降低硬度,改善加工性能。退火组织:铁素体( F)/球粒状珠光体( P)

● 淬火(Qunching)—提高硬度,增加强度和耐磨性。淬火组织:淬火马氏体( M )+ 残余奥氏体(AR)
● 回火(Tempering)—消除淬火应力,调节硬度,提高韧性。回火组织:回火马氏体(M ) / 索氏体(S )



典型热处理工艺

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低温回火的优点:

• 表面光亮,变形小
• 抗蚀性较高
• 小模具韧性高
• 高硬度

高温回火的优点:
在高温下工作较稳定,可随后进行氮化,PVD不易WEDM及磨削开裂减少R.A %, 稳定尺寸.

如何重新淬火?

必须先退火
• 避免韧性急剧下降
• 防止开裂

正火(常用于中低碳钢)

● 正火是将钢加热到全部奥氏体化的温度,经保温后空冷以获得细小珠光体的热处理工艺
● 正火的目的:细化晶粒,使组织均匀;消除过共析钢中的原始组织中的网状碳化物;提高韧性,改善切削加工性;作为钢材的预先热处理或最终热处理.



2.合理选择模具的热处理硬度

一、>63HRC

●使用范围:一些耐磨性要求特别高的塑料,或是一些产品设计很特别的浇口,流道
●材料:高速钢如SKH51

二、58-61HRC

●使用范围:加玻纤在40%以上,且产品结构简单的小型模具及镶件。
●材料:DC53/SKD11/D2

三、54-58HRC

●使用范围:产品加玻纤在30%以上,产品结构相对较为复杂,或用作耐磨块。
●材料:635, 440C SUJ2,GCr15

四、48-52HRC

●使用范围:啤量要求过100万以上长期生产的硬模,或加玻纤量为15--30%,或电木模.
●材料:420,H13,H11

五、44-48HRC
●使用范围:中大型塑胶硬模(三维对角线超过400),或是设计上存在应力集中的长期生产的模具;及长期使用的行位/斜顶
●材料:420、H13、H11



压铸模/塑胶硬模/行位

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ADC3 vs DH31-S vsLKM2344SUPER

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六、40-44HRC

使用范围:热处理有一定难度的形状较复杂中大型塑胶模;或是中等批量生产的要求尺寸稳定的模具;对材料韧性和耐磨性均有要求的行位/斜顶。
材料:H11,MEK4 、 LKM808E/NAK80

七、35-40HRC

●使用范围:中小批量生产的不防酸普通塑胶模;对材料耐磨性无较高要求的行位/斜顶
●材料KM738H,LKM838H,LKM718H,LKM818H.

八、30-35HRC
●使用范围:中小批量生产的大型塑胶模;对材料韧性有较高要求的行位/斜顶
●材料:LKM738、LKM2311,LKM2083H、LKM2316,LKM420H(防酸),S136H,S-STAR(亮面),336

九、<30HRC

●使用范围:大型原身出的低成本无表面要求的塑胶模具
●材料:S45-55C、P20、WY2311

常见硬模材料硬度选择(H13 & 420 )

大模具为防止淬火应力开裂, 及保有较好韧性,须用较高回火温度, 因此硬度应适当降低.

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3. 热处理的变形

什么是变形?

● 工件在热处理过程发生的尺寸和形状的变化;
● 加工应力,热应力和组织转变应力导致了模具的变形;
● 淬火和回火均会导致翘曲变形,且加热温度越高,变形越大。



变形的类型
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加工应力

● 模具粗加工过程中(车削,铣削,磨削)会在模具表面产生张应力;
● 在热处理淬硬过程的加热阶段加工张应力将会被释放,导致形变;
● 通过热处理前去应力处理可减低因加工应力而产生的变形。



消除应力处理

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热应力

● 模具表面和心部的温差导致模具内部热应力的产生,是引致形状改变的主要原因;
● 加热时钢的体积会增加,不均匀的加热会导致钢在各个方向上的体积增长不一致,从而产生应力和形变;
● 当处理较大且形状复杂的模具时,应采用缓慢的加热速度并增加预热步骤,以保证材料表面和心部加热的均匀性。

淬火快冷与慢冷

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淬冷速率过快导致开裂

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组织转变应力

● 应力来自钢中的组织转变;
● 钢在不同状态下的三种组织:铁素体,奥氏体,马氏体具有不同的晶体结构和体积。



碳素钢在组织转变中的体积变化

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热处理过程中不可避免的变形


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热处理过程中可避免的变形

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如何减低变形?

● 模具形状简单和对称;
● 粗加工后进行消除应力处理再进行热处理;
● 硬化过程中缓慢加热;
● 采用合适的模具材料;
● 淬冷时尽量采用温和的淬冷速率但不可过慢以获得正确的显微组织;
● 选择合适的回火温度。



推荐预留的加工余量


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4.运用表面处理技术提高模具寿命

磨粒磨损

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粘着磨损

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软氮化

● 气氛:NH3+C2H2
● 时间:5—8 H
● 温度:510--560 ℃
● 氮化层深度:0.2mm
● 氮化层表面硬度:约600-1100HV
● 适用范围:塑胶模具,零配件

离子氮化

● 气氛:N2
● 时间:48--72 H
● 温度:450--550 ℃
● 氮化层深度:0.2—0.6mm
● 氮化层表面硬度:约800-1200HV
● 适用范围:塑胶、五金模具,零配件

渗碳淬火

● 气氛:煤油+甲醇
● 时间:72 H
● 温度:870-980 ℃
● 渗碳层深度:0.8mm
● 渗碳层表面硬度:约50-60HRC
● 适用范围:零配件

中高频感应加热

● 用不同功率线圈感应加热以获得表面马氏体淬硬层,高频可获1-1.5mm的硬化层, 中频可获3mm的硬化层,心部仍保持为退火状态。
● 主要用于直径较小的边钉零件(标准为60以下,非标可达50-80)

镀鉻(镍)和发黑处理

● 功能:提高耐腐蚀性和耐磨性;
● 镀层厚度:0.01-0.02mm
● 镀鉻的负作用:引至氫脆

PVD硬质涂层的功用

●减低刀具与被加工材料之间,模具之间的磨损;
●起自润滑作用,较小的摩擦系数;
●良好的绝缘媒介,保护工模具的表面,避免刀模具与被加工材料的直接接触;
●有效提高耐磨性,大大提高工模具使用寿命。

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