为什么模具需要超深冷处理?

2024-06-07 技术专栏

超深冷处理技术是在普通冷处理（-100~0℃）基础上发展起来的新技术，它是一种在-190℃以下处理材料的方法，是更新的材料增韧处理技术之一。目前，该技术已应用于许多领域来处理材料，如航空航天、精密仪器仪表、摩擦零件、工具、模具和量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等，并取得了巨大的经济效益。那么，模具为什么要进行超深冷却处理呢？对模具质量有影响吗？

一、影响模具使用寿命和尺寸稳定性的主要因素

1.残余奥氏体的影响

淬火后，奥氏体在室温下不能完全转变为马氏体。例如，抚顺特殊钢FT32（D2）正常淬火后，残余奥氏体量可达20%，而在350℃以下回火，残余奥氏体量几乎不变。但是，在模具的后期加工和使用过程中，如磨削、电加工、高速）中压等，摩热容易导致残余奥氏体的进一步转变。因为新生的马氏体非常脆。同时，由于奥氏体与马氏体的体积比不同，残余奥氏体量的不稳定会导致模县尺寸的不稳定，包括线切割定位精度的损失，孔径垂直度的降低，造成夹丝，同时也会改变模具使用和存放的精度。

模具的后处理，包括磨削和电加工，其产生的局部高热在已加工表面，会引起模具表面组织的转变和表面新的马氏体，使模具表面和韧性接头的脆性增加，抗疲劳性下降，降低模具的耐磨性。过度打磨和放电也会造成表面开裂。

2.残余应力的影响

淬火模县的残余应力来自两个方面：一是加热和冷却不均匀产生的体积应力；二是马氏体相变引起的显微组织应力。这两种残余应力一般都是拉应力，这种残余拉应力的存在降低了模具的实际承载能力，即降低了模具的疲劳寿命。残余应力的存在会使模具在受到外力时尺寸容易发生变化。同时，模具加工过程中产生的应力重分布往往使加工精度难以达到，严重时甚至导致模县开裂。

二、深冷处理和超深冷处理的机理在材料的淬火过程中，奥氏体转变为马氏体。由于马氏体的体积比较大，在材料中造成很大的压应力，使得奥氏体向马氏体的转变越来越困难，更终导致转变的失败，残留的奥氏体称为残余奥氏体，是在室温下的变化。如果转变的环境温度大大降低，马氏体的体积会缩小，其外围的压应力会降低，从而使残余奥氏体的转变得以重新进行。这就是深冷处理的机理。

一般来说，抚顺特钢的FT32（D2）材料在室温淬火后会保留20%的奧氏体，在-80℃深冷处理后会保留10%的奥氏体。在-196℃深冷处理时，残余奥氏体量将降至2~4%。