模具超深冷處理的原理和應(yīng)用

發(fā)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(dǎo)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(zhuǎn)變。這種相變會導(dǎo)致模具的性能發(fā)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(chǎn)生負(fù)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(chǎn)生不利影響。
優(yōu)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(fēng)險。
控制加工過程：加工過程中要注意控制加工參數(shù)，避免過度磨削和放電，以減少相變的可能性。
合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)：在模具設(shè)計中，考慮到相變的影響，合理設(shè)計模具的結(jié)構(gòu)，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(zhì)和使用壽命的重要方面，需要綜合考慮材料選擇、加工參數(shù)控制以及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等因素。

2. 殘余應(yīng)力的影響

模具淬火的殘余應(yīng)力主要來自于兩個方面：

加熱及冷卻不均勻產(chǎn)生的體積應(yīng)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(dǎo)致模具內(nèi)部產(chǎn)生體積應(yīng)力。加熱時，模具局部溫度升高，導(dǎo)致該部位膨脹；而冷卻時，模具局部溫度降低，導(dǎo)致該部位收縮。這種體積應(yīng)力會導(dǎo)致模具表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力：模具淬火過程中，部分材料會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，從奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體結(jié)構(gòu)。這個轉(zhuǎn)變過程會導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生組織應(yīng)力，進(jìn)而引起殘余拉應(yīng)力。

這兩種殘余拉應(yīng)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(yīng)力的存在會使模具在受外力作用時，尺寸容易發(fā)生變化。此外，模具加工過程產(chǎn)生的應(yīng)力重新分布，也會影響加工精度，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致模具開裂。因此，為了減小模具淬火殘余應(yīng)力帶來的負(fù)面影響，需要采取合適的淬火工藝和控制參數(shù)，以及進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罄m(xù)處理，如回火等，以減小殘余應(yīng)力的大小。
 

二、深冷處理與超深冷處理的機(jī)理

深冷處理和超深冷處理都是利用低溫環(huán)境下材料的相變性質(zhì)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(jìn)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(jìn)行處理。

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

殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變：深冷處理可以促使殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變繼續(xù)進(jìn)行。由于低溫條件下馬氏體的轉(zhuǎn)變速率較慢，深冷處理可以提供更長的轉(zhuǎn)變時間，使得殘余奧氏體更好地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

冷變脆性的改善：在較低溫度下進(jìn)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(jié)構(gòu)的變形能力較低，材料在低溫下更容易發(fā)生塑性變形，從而減少了脆性斷裂的風(fēng)險。

總的來說，深冷處理和超深冷處理通過利用低溫環(huán)境下的相變性質(zhì)，改善材料的性能，包括釋放壓應(yīng)力、促進(jìn)殘余奧氏體的轉(zhuǎn)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(yīng)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(dá)到的效果