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模具超深冷處理的原理和應用

發布于:10-08

一、影響模具使用壽命及尺寸安定性的主要因素

 

1. 殘余奧氏體的影響

 

模具在使用過程中,特別是在高速沖壓等工藝中,由于摩擦和熱量的作用,會導致模具表面的溫度升高,并可能引起局部的相變,例如奧氏體向馬氏體的轉變。這種相變會導致模具的性能發生變化,包括硬度的變化、脆性的增加等。這些變化可能會對模具的耐用性和使用壽命產生負面影響。

為了解決這個問題,可以采取以下措施:

控制加工溫度:在模具加工過程中,控制加工溫度,避免過高的溫度對模具表面產生不利影響。
優化材料選擇:選擇合適的材料,使其具有良好的抗脆性能和耐熱性能,減少相變的可能性。
降低摩擦熱量:通過采用潤滑劑、冷卻劑等手段,降低摩擦熱量,減少相變的風險。
控制加工過程:加工過程中要注意控制加工參數,避免過度磨削和放電,以減少相變的可能性。
合理設計模具結構:在模具設計中,考慮到相變的影響,合理設計模具的結構,避免相變對模具性能的不利影響。

控制相變對模具性能的影響是提高模具品質和使用壽命的重要方面,需要綜合考慮材料選擇、加工參數控制以及模具結構設計等因素。


2. 殘余應力的影響

 

模具淬火的殘余應力主要來自于兩個方面:

加熱及冷卻不均勻產生的體積應力:在模具淬火過程中,由于不同部位的加熱和冷卻速度不同,會導致模具內部產生體積應力。加熱時,模具局部溫度升高,導致該部位膨脹;而冷卻時,模具局部溫度降低,導致該部位收縮。這種體積應力會導致模具表面產生殘余拉應力。

馬氏體轉變產生的組織應力:模具淬火過程中,部分材料會發生馬氏體轉變,從奧氏體結構轉變為馬氏體結構。這個轉變過程會導致材料內部產生組織應力,進而引起殘余拉應力。

這兩種殘余拉應力的存在會降低模具的實際承載能力,使模具的疲勞壽命降低。同時,殘余應力的存在會使模具在受外力作用時,尺寸容易發生變化。此外,模具加工過程產生的應力重新分布,也會影響加工精度,嚴重時可能導致模具開裂。因此,為了減小模具淬火殘余應力帶來的負面影響,需要采取合適的淬火工藝和控制參數,以及進行適當的熱處理后續處理,如回火等,以減小殘余應力的大小。

 

二、深冷處理與超深冷處理的機理

 

深冷處理和超深冷處理都是利用低溫環境下材料的相變性質來改善材料的性能。深冷處理一般指在較低溫度范圍(通常在-80℃至-196℃之間)進行處理,而超深冷處理則是指在更低的溫度范圍(通常低于-196℃)進行處理。

機理上,深冷處理和超深冷處理主要通過以下幾個方面來改善材料的性能:

壓應力釋放:在淬火過程中,馬氏體的形成會引起材料內部的壓應力。深冷處理時,低溫環境下馬氏體的體積會收縮,從而減小壓應力,有助于釋放殘余奧氏體中的壓應力。

殘余奧氏體的轉變:深冷處理可以促使殘余奧氏體向馬氏體的轉變繼續進行。由于低溫條件下馬氏體的轉變速率較慢,深冷處理可以提供更長的轉變時間,使得殘余奧氏體更好地轉變為馬氏體。

冷變脆性的改善:在較低溫度下進行處理可以降低材料的冷變脆性,提高材料的韌性和韌化效果。這是因為低溫下晶體結構的變形能力較低,材料在低溫下更容易發生塑性變形,從而減少了脆性斷裂的風險。

總的來說,深冷處理和超深冷處理通過利用低溫環境下的相變性質,改善材料的性能,包括釋放壓應力、促進殘余奧氏體的轉變以及改善冷變脆性。這些處理方法在一些特定的材料和應用中具有重要的意義,可以提高材料的強度、硬度和耐磨性等性能。


三、超深冷處理能達到的效果


殘余奧氏體幾乎全部轉變為馬氏體,提高模具的硬度(一般可提高1~3HRC);
提高模具的耐磨性;
大幅度降低殘留應力;
改善線切割的加工性能,提高精度和穩定性,減少垂直度偏差,避免夾線;
減少室溫變化引起的模具尺寸線性變化,有利于保持高精度尺寸;
增加沖切口的壽命,降低模具的使用成本。


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