模具在熱處理時，特別是在淬火過程中，由于模具截面各部分加熱和冷卻速度的不一致性而引起的溫度差和組織轉(zhuǎn)變的不等時性等原因，使模具截面各部分體積脹縮不均勻，組織轉(zhuǎn)變的不均勻，從而引起“組織應(yīng)力”和模具內(nèi)外溫差所引起的熱應(yīng)力。當其內(nèi)應(yīng)力超過模具材料的屈服極限時**會引起模具的變形。在此**模具變形狀況、變形原因進行研究來探討減少和控制模具變形的措施，以提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。
1.模具材料的影響及對策
模具制造的****步首先是選材，材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響模具的質(zhì)量。
1.1 模具的選材影響及對策
1.1.1 模具選材的影響。
某模具廠從經(jīng)濟和熱處理簡便考慮，選擇T10 鋼制造較復(fù)雜的冷擠壓模具，硬度要求在56~60HRC，熱處理后模具硬度符合技術(shù)要求,但模具變形較大，無法使用，造成模具報廢。
1.1.2 對策。
后來該廠采用微變形鋼Cr12 鋼制造，模具熱處理后硬度和變形量都符合技術(shù)要求。因此制造形狀復(fù)雜，要求變形小的模具，要盡量選用變形較小合金模具鋼。
1.2模具材質(zhì)的影響及對策
模具材質(zhì)的好壞也嚴重影響模具熱處理后的變形，這是模具材料內(nèi)部缺陷所致。
1.2.1 模具的材質(zhì)對變形的影響及產(chǎn)生的原因。
一批Cr12MoV 鋼復(fù)雜模具，模具都帶有較大圓孔和方孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓、方孔出現(xiàn)脹縮，造成模具報廢。一般來說Cr12MoV 鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。對變形較嚴重的模具進行金相分析發(fā)現(xiàn)Cr12MoV鋼中含有較多共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。模具的變形**是因為模具鋼中存在不均勻性碳化物，碳化物的膨脹系數(shù)比鋼的基體組織小30%左右，加熱時它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻的變形。
1.2.2 對策。
a.在制造形狀復(fù)雜的模具時，要盡量選擇大廠生產(chǎn)的碳化物偏析較小的模具鋼。
b.對存在碳化物偏析嚴重的模具鋼要進行合理鍛造，來打碎碳化物晶塊，降低碳化物分布的等級，消除鋼材性能的各向異性。
c.對鍛后的模具鋼要進行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細小和彌散的索氏體組織，從而減少模具熱處理后變形。
d.對于尺寸較大或無法鍛造的模具，可采用固溶雙細化處理，使碳化物細化、分布均勻、棱角圓整化,可達到減少模具熱處理變形的目的。
2. 熱處理加熱工藝的影響及對策
模具熱處理的變形一般都認為是由于冷卻造成的，這是不正確的。模具加熱工藝的正確與否對模具的變形往往產(chǎn)生較大的影響。
2.1 加熱速度的影響及對策
對一些模具加熱工藝對比可以明顯看出，加熱速度快，往往產(chǎn)生較大的變形。
2.1.1 模具變形的原因。
任何模具材料加熱時都要膨脹，由于鋼在加熱時，同一模具內(nèi)，各部分的溫度不均勻，**必然會造成模具內(nèi)各部分的膨脹的不一致性,從而形成因加熱不均勻的內(nèi)應(yīng)力。在鋼的相變點以下溫度，不均勻的加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過相變溫度加熱不均勻，還會造成組織轉(zhuǎn)變的不等時性，即產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與心部的溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱加工后產(chǎn)生的變形**越大。
2.1.2 對策。
根據(jù)以上情況，模具熱處理加熱時要減緩加熱速度。①對形狀復(fù)雜模具在相變點以下加熱時應(yīng)緩慢加熱,一般來說,模具真空熱處理加熱速度遠比鹽浴爐加熱速度慢，因此其變形也小; ②采用預(yù)熱，對于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱( 550~620℃) ; 對于高合金模具應(yīng)采用二次預(yù)熱( 550~620℃和800~850℃) 。
2.2 加熱溫度的影響及對策
一些熱處理操作工人認為為了****模具淬火后獲得較高硬度，應(yīng)提高淬火加熱溫度。但從模具熱處理變形考慮，這種做法是不對的。生產(chǎn)實踐表明，既使采用正常的加熱溫度對模具的加熱淬火，在允許的上限溫度加熱后的熱處理變形要比在允許的下限溫度加熱的熱處理變形大得多。
2.2.1 模具變形的原因。
眾所周知，模具淬火加熱溫度越高，鋼的內(nèi)部組織晶粒越趨長大，由于較大晶粒能使淬透性增加，則使淬火冷卻時產(chǎn)生的應(yīng)力越大。再之，由于形狀復(fù)雜模具大多由中高合金鋼制造，如果淬火溫度高，則因Ms 點低，組織中殘留奧氏體量增多，加大模具熱處理后變形。
2.2.2 對策。
在****模具的技術(shù)條件的情況下，應(yīng)合理選擇加熱溫度，盡量選用下限淬火加熱溫度，以減少冷卻時的應(yīng)力，從而減少模具的熱處理變形。
3.殘留奧氏體的影響及對策
一些高合金模具鋼，如Cr12、Cr12MoV鋼模具在淬火和低溫回火后，模具的長、寬、高皆發(fā)生縮小現(xiàn)象，這是因為模具淬火后殘留奧氏體過多而引起的。
3.1 模具熱處理后變形的原因
因高合金鋼( 如Cr12、Cr12MoV 鋼) 淬火后含有大量殘留奧氏體，鋼中各種組織有不同的比容，奧氏體的比容**小，這是高合金模具淬火低溫回火后體積發(fā)生縮小的主要原因。鋼的各種組織的比容按下列順序遞減:馬氏體-回火索氏體-珠光體-奧氏體。因為高合金的模具淬火低溫回火后含有大量殘留奧氏體，所以模具會發(fā)生縮小變形。
3.2 對策
3.2.1 淬火溫度越高，殘留奧氏體越多，資料顯示Cr12MoV 鋼1100℃加熱淬火后殘留奧氏體量是1000℃加熱的4 倍。因此適當降低淬火加熱溫度，是減少殘留奧氏量同時也是減小熱處理變形的重要措施。
3.2.2 一些數(shù)據(jù)顯示，Cr12MoV 鋼模具500℃回火較200℃回火殘留奧氏體量減少了一半，所以在****模具技術(shù)要求的前提下，適當提高回火溫度。生產(chǎn)實踐表明: Cr12MoV鋼模具500℃回火其變形量**小。
3.2.3 模具淬火后采取冷處理是減少殘留奧氏體量的****工藝，也是減小模具變形、穩(wěn)定使用時發(fā)生尺寸變化的****措施。
4.模具淬火后冷卻的影響及對策
模具熱處理變形往往是在淬火冷卻后所表現(xiàn)出來的，這雖然有以上各種因素的影響,但冷卻過程中的影響也是不可忽視的。
4.1 模具變形的原因
當模具冷卻到Ms 點以下時，鋼即發(fā)生相變，除因冷卻不一致所造成的熱應(yīng)力外，還有因相變的不等時性而產(chǎn)生的組織應(yīng)力，冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力也越大，模具的變形也越大。
4.2 對策
4.2.1 在****模具硬度要求的前提下，盡量采用預(yù)冷。
4.2.2 采用分級冷卻淬火能顯著減少模具淬火時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些復(fù)雜模具變形的有效方法。
4.2.3 對于一些精密復(fù)雜模具，采用等溫淬火能顯著減少模具熱處理變形。
模具熱處理變形是模具熱處理三大難題之一( 變形、開裂、淬硬) ，模具熱處理后的變形原因是復(fù)雜的,但是只要掌握其變形規(guī)律，分析其產(chǎn)生的原因，對癥下藥，模具的變形是可以減少和控制的。一般采取以下方法:
a.合理選材；
b.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理；
c.大型、形狀復(fù)雜模具要進行預(yù)先熱處理，消除加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；
d.合理選擇加熱溫度，控制加熱速度、預(yù)熱和其他均衡加熱的方法來減少模具加熱時產(chǎn)生的變形；
e.在****模具硬度的前提下，盡量采用預(yù)冷、分級冷卻淬火和等溫冷卻淬火工藝。
f.對于精密復(fù)雜模具，在條件許可的情況下，盡量采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。
