模具钢真空热处理课件.ppt

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1、真空炉中空冷
2、在真空炉中油冷
3、结论
4、参考书料
叁、模具钢真空热处理 陈文庆
真空热处理,顾名思义乃是在减压的环境下实施之热处理,其减压后之压力,从几百torr到10‾6torr左右(1torr=1mmHg),其环境之气体,可为大气、氧化性气体、脱碳性气体或渗碳气体,其实施之热处理与一般传统之热处理相同,有淬火、退火、渗碳面热处理等。
在真空中,实施热处理和一般之热处理区别有二:
在真空中由于气体稀薄,因气体之化学性较低,在较高的真空度下其活性几乎“钝“掉,因此在同温度下,传统之固体一气体间的反应诸如氧化、还原、脱碳等,在真空中都会比在大气中慢得多。
在真空中,提供了去除材料中吸附气体的机会,或使处理件表面原已存在的氧化物或化合物分解及去除。
在不同的温度及真空压力下,各金属均有其各自之蒸汽压,具有相当大的差异,在钢中较易蒸发之元素有Mn、Cr等,其中Mn在900˚C10-3torr下就可能蒸发,所幸Mn在钢中含量均在1%以下,900˚C至少要10-5torr以上之真空度才会使Mn由钢中蒸发,其次是Cr它在1atm之下,要2180˚C才会蒸发,然在10-3torr下,却只要1093˚C便会蒸发,由于Cr在模具钢等含量相当高,所以在真空热处理中,温度上升到1000˚C左右时,必需由炉外加入少许之保护气体,即N2,由于N2是惰性气体,它防止Cr之蒸发,且又可去除材料中之吸附气体,所以热处理后之模具会显得很洁白,但在N2入炉中时,真空度会下降,。
真空热处理技术
在真空中实施之热处理,较常见的是淬火、退火、辉面热处理及渗碳等,但今只讨论一些真空淬火之要件。
(1)利用热传导性良好之不活性气体,例如N2、Ar、He、H2等,由于不同的气体,也有不同的冷却速度,冷却时间比,H2为1时,,,,也就是说,在真空淬火冷却效果以H2为佳,其次为He、N2,最差为Ar,但一般H2在高温时有爆炸的危险,因此一般H2均不使用,而He是稀有气体,价钱又昂贵,故不适用,而Ar之冷却特性又比N2差,因而工业上之使用均采用中性的N2气体。
(2)增加循环风量以加速冷却,下图便是在1026torr装入258kg之N2,在不同的环境风量下,试片之冷却曲线图。
上图中静止者为在真空压力下冷却,并未加入任何冷却气体,而图中空冷者则为加入258kg量之N2在1026torr下之冷却曲线,其余曲线则为各循环风量之下冷却情形,由此等曲线可知,增加循环风量以加速冷却确是好的办法,唯在较大的压力下,要循环风速增大所需的动力极大。
(3)降低冷却气体之温度,以增加冷速,工业上的作法是在冷却气体之循环路内增加热交换器的设计,同时炉壁加以水冷等方法,以达到有效降低气体的温度。
(4)增加冷却气体的压力,以增加冷速,由下图中可知N2气体之加速冷却曲线,可见增加气体压力也是有效的增加冷却速度的方法,下表SKH-9(M-2)高速钢在不同之压力下冷却后之硬度,以及在550˚C下回火之硬度值,-9其硬度已可与一般盐浴或油淬火者相比,且回火后之残留沃斯田铁量比传统方法者少。
淬火介质
淬火状态
回火于550˚Cx2hr二次后
硬度Rc
残留沃斯田铁
硬度Rc
残留沃斯田铁
1大气压






—

—





盐浴




油淬火
(一般大气压)




有关模具制造及热处理之技术分别叙述如下,供大家参考。

(a)用者观点:耐磨性、韧性、耐热性、耐蚀性、离型性、镜面性。
(b)制造者观点:被削性、热处理特性、被研磨性、表面处理、焊接及放电加工。
由此可知,选择材料必须相当谨慎,当购入钢材时,必需向制造者或贩卖者索取相关之热处理特性等资料,提供给热处理者以利作业。

钢材取用方向不正确而易发生龟裂,因材料在制造过程中,塑性加工是有方向性,若取材不定,热处理变形也不一定,即有时大,有时小,有时膨胀,有时收缩。使用模具,受力方向应于材料的压延方向垂直。
由前图可知,模具经烧钝后再热处理,其变形量很少,而尺寸之变化情形与钢材制造之压延方向有很大的关系(W为压延方向,L与H的尺寸则减少,而W为增功),故取材之方向要特别注意。

一般认为较高温度淬火,则硬度较高,其实不然,以日本jis规格SKD-11为例,在1025˚C淬火,得最高硬度HRC65,如果超过1050˚C淬火,则硬度反而下降,即残留沃斯田铁太多,而且韧性减少,但高温淬火的模具,在其高温回火硬度高,适用于线切割之模具及热间使用之模具,而低温淬火之模具硬度较低,因而韧性较佳,适用于冷间模具和较大型之模具,一般社会常用工具钢SKD-11为1000~1020˚CSKD-11为980˚C~1020˚CSKH-9为1150~1180˚C淬火较适合。