模具超深冷处理的原理和应用效果

 

一、影响模具使用寿命及尺寸安定性的主要因素 

　　1. 残余奥氏体的影响

 

　　淬火后奥氏体在常温下不能完全转变为马氏体，如D2材料在正常淬火后不能转变的残余奥氏体可达20%，而在350℃以下的回火中残余奥氏体的量几乎不发生变化，但在模具的后加工及使用中，如磨削、电加工、高速冲压中的摩擦发热，却很容易导致残余奥氏体进一步转变，由于新生的马氏体脆性极大，因而使模具的耐冲击性能恶化。同时由于奥氏体与马氏体的容积比不一样，残余奥氏体量的不稳定将带来模具尺寸的不稳定，包括线切割定位精度的流失，孔径垂直度的下降，导致夹线，也包括模具使用及存放中精度的变化。

 

 

模具的后加工，包括磨削，电加工，其产生的局部高热均在加工表面，因而会造成模具表面组织的转变，表面造成的新生马氏体使模具表面和韧口的脆性增加，疲劳抗力下降，同时使模具的耐磨性降低。过量的磨削及放电，还会造成表面龟裂。

 

　　2. 残余应力的影响

 

　　模具淬火的残余应力来源于两个方面：一为加热及冷却不均匀产生的体积应力；二为马氏体转变产生的组织应力。这两种残余应力一般均为拉应力，这种残余拉应力的存在降低了模具的实际承载能力，也就是降低了模具的疲劳寿命，残余应力的存在会使模具受外力作用时，尺寸容易发生变化。同时，模具加工过程产生的应力重新分布，往往使加工精度不易达到，严重时还会造成模具开裂。

 

 

 

 

　　二、深冷处理与超深冷处理的机理

 

　　材料在淬火过程中发生奥氏体向马氏体转变，由于马氏体的容积比较大，因而在材料内部造成很大的压应力，使得奥氏体向马氏体转变越来越困难，最后导致转变进行不下去，剩余的奥氏体即称为残余奥氏体，这是在室温条件下发生的变化。如果转变的环境温度大幅下降，会导致马氏体的体积发生收缩，其对周边的压应力就会减小，这样残余奥氏体的转变又得以进行，深冷处理的机理就在于此。

 

　　一般来讲，D2材料室温条件下淬火会残留20%的奥氏体，在-196℃超深冷时，其残余奥氏体量会下降到2~4%，在-80℃一般深冷处理时仍会保留10%的残余奥氏体。

 

 

 

 

　　三、超深冷处理能达到的效果

 

　　1. 残余奥氏体几乎全部转变为马氏体，模具的硬度得到提高（一般可提高1~3HRC）；

 

　　2. 耐磨性提高；

 

　　3. 残留应力大幅度下降；

 

　　4. 改善线切割的加工性能，精度（包括定位精度）稳定性好，粗切的孔径垂直度偏差减少，切割大件或薄件不会产生夹线；

 

　　5. 室温变化（±20℃）引起的模具尺寸的线性变化比常规处理可减少三分之二，有利于模具高精度尺寸的保持；

 

　　6. 冲切口的寿命明显提高，可显著降低模具的使用成本。