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双液淬火和分级淬火可有效防止工模具钢淬火开裂和变形

双液淬火和分级淬火可有效防止工模具钢淬火开裂和变形
根据工模具钢的C曲线可知,工模具钢加热结束后进行淬火冷却,要控制两个温度区域冷却速度,一个是在淬火温度到C曲线的鼻部(淬火温度~650℃),为临界冷却区域,要求在该区域的冷却速度必须大于等于临界冷却速度,否则会形成非马氏体或贝氏体组织,为了使工模具钢获得完全的淬火的马氏体或贝氏体组织,需要快速冷却。另一个为在Ms点以下(250~300℃)的低温区域,由于工模具钢在该区域内的塑性较差,并要发生马氏体的组织转变,因此产生较大的组织应力和热应力,容易造成淬火开裂,故在区域内为防止裂纹产生,误应进行缓慢冷却,即应控制冷却速度,速度越小则愈有利于减少工件的开裂倾向。

双液淬火的特点是工件在两个区域选用的冷却介质是不同的,通常为水淬油冷、油淬空冷等,碳工钢和部分合金钢多采用该类淬火方法。第一级冷却介质可以为水、油等,可以将工件自淬火温度快速冷到C曲线以下,避免高温下非马氏体组织的转变,但为了防止工件的变形则是很少采用最大的冷却速度,从减少开裂的倾向而言,第一级的冷却速度应快。因此控制好在第一级冷却介质中的停留时间是至关重要的,基本原则为既可保证不发生高温转变,又不要冷至危险区域,通常是冷至300~400℃出水后放入油中继续冷却。第二级冷却介质要保证淬火零件残余热量的挥发,而不至于使工件的温度升高到回火温度以上前提下,冷却速度愈慢愈好,第二级冷却速度越低则越有利于降低淬火裂纹发生的概率。因此双液淬火的优点为在奥氏体不稳定区域快冷,而在马氏体的转变区慢冷,产生的组织应力和热应力较小,该工艺方法多用于淬透性较差的高碳钢、截面积大和形状简单的合金钢工件。

分级淬火后的工件获得高的硬度,可避免开裂和减少变形,分级淬火的温度在Ms点上下,在该温度区域内,工件表面和心部各截面的温度趋于一致,均与冷却介质的温度相同,因此减少了热应力,停留时间与淬火加热时间基本一致,马氏体或大部分马氏体的转变均是在空冷过程中进行的,故减少了淬火开裂的倾向。可以看出分级淬火后的组织转变是空气中完成的,而双液淬火是在油中进行的,因此从控制变形和开裂的角度来讲,分级淬火是优于双液淬火的,分级淬火的介质通常是在硝盐浴、碱浴或氯盐等,硝盐浴有代表性的配比为50%KNO3+50%NaNO3,一般使用的分级淬火的温度范围150~350℃,该工艺操作复杂,淬透能力不够强,多用于形状比较复杂、而技术要求较高的工具(丝锥、圆板牙、铰刀等)。碱浴配比为80%KOH+20%NaOH+4%~6%H2O,使用温度在160~190℃,多用于弹簧钢锯片、碳工钢等淬火介质。氯盐为20%NaCl+30%KCl+50%BaCl2,使用温度多为580~620℃,为高速钢和高合金钢分级冷却介质。