Hướng dẫn về các kỹ thuật xử lý nhiệt cho khuôn đúc áp lực

Các kỹ thuật xử lý nhiệt được áp dụng rộng rãi trong sản xuất khuôn đúc áp lực; chúng có thể cải thiện đáng kể cấu trúc vi mô và hiệu suất của các thành phần khuôn, kéo dài tuổi thọ khuôn, nâng cao chất lượng gia công và giảm mài mòn dụng cụ.

Khuôn đúc áp lực thường được chế tạo từ thép công cụ hợp kim. Các quy trình xử lý nhiệt điển hình bao gồm ủ cầu, ủ giảm ứng suất/ổn định, ủ nhanh (hoặc ủ nhanh và ủ lại) và các quy trình ủ lại nhiều lần. Bằng cách lựa chọn kết hợp phù hợp các quy trình xử lý nhiệt, có thể đạt được độ bền, độ dẻo dai và hiệu suất ở nhiệt độ cao theo yêu cầu.

Xử lý trước:

1. Mục đích: loại bỏ ứng suất dư từ quá trình rèn hoặc gia công thô, giảm độ cứng để dễ gia công hơn và chuẩn bị cấu trúc đồng nhất cho quá trình ủ và tôi sau đó.
2. Phương pháp và tác dụng: Ủ cầu hóa tạo ra cấu trúc vi mô đồng nhất với các carbide phân tán mịn để cải thiện độ dẻo dai. Ủ và tôi (tức là ủ sau đó tôi) thường cung cấp sự cân bằng tốt hơn giữa độ bền và độ dẻo dai, vì vậy đối với các khuôn yêu cầu độ dẻo dai cao, việc tôi sau khi ủ thường được sử dụng thay vì ủ cầu hóa.
3. Khuyến nghị: Thực hiện xử lý trước trên các chi tiết đúc hoặc phôi gia công thô và ghi chép lô sản xuất để thuận tiện cho việc truy xuất nguồn gốc chất lượng sau này.

Xử lý ổn định:

1. Mục đích: loại bỏ ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình gia công thô và giảm nguy cơ biến dạng và nứt vỡ trong quá trình làm nguội. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khuôn có hình dạng phức tạp.
2. Quy trình điển hình: gia nhiệt đến 650 °C đến 680 °C, giữ nhiệt trong 2 đến 4 giờ, sau đó lấy ra khỏi lò và làm nguội bằng không khí. Đối với khuôn có hình dạng phức tạp, nên làm nguội trong lò xuống dưới 400 °C trước khi làm nguội bằng không khí để giảm thêm ứng suất bên trong.
3. Trường hợp đặc biệt: các bề mặt được gia công bằng EDM (gia công bằng tia lửa điện) có thể phát triển lớp tái kết tinh hoặc hư hỏng và dễ bị nứt do cắt dây; cần thực hiện quá trình ủ giảm ứng suất ở nhiệt độ thấp hơn để loại bỏ ứng suất cục bộ.

Làm nóng trước khi làm nguội:

1. Lý do: khuôn đúc thường được làm từ thép hợp kim cao có độ dẫn nhiệt kém; gia nhiệt trực tiếp nhanh có thể tạo ra gradient nhiệt độ lớn, gây nứt hoặc biến dạng. Do đó, gia nhiệt theo giai đoạn là cần thiết.
2. Phương pháp và nhiệt độ gia nhiệt: gia nhiệt ở nhiệt độ thấp (400 °C đến 650 °C) có thể thực hiện trong lò hộp hoặc lò khí. Gia nhiệt ở nhiệt độ cao nên thực hiện trong lò muối để cải thiện độ đồng đều nhiệt.
3. Số lần gia nhiệt và yêu cầu: khuôn có yêu cầu kiểm soát biến dạng thấp có thể sử dụng ít giai đoạn gia nhiệt; đối với kiểm soát biến dạng nghiêm ngặt, nên sử dụng nhiều giai đoạn gia nhiệt để giảm ứng suất do chênh lệch nhiệt độ. Ước tính kinh nghiệm thông thường cho thời gian gia nhiệt là 1 phút/mm (chỉ mang tính tham khảo; cần xác minh dựa trên vật liệu và độ dày thành phần).

Quá trình gia nhiệt và ngâm trong quá trình làm nguội:

1. Mục tiêu: đạt được austenit có thành phần đồng nhất và hòa tan đủ các carbide, từ đó cải thiện độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống mềm hóa.
2. Lựa chọn nhiệt độ: nhiệt độ làm nguội nên được chọn trong giới hạn quy định cho vật liệu. Nhiệt độ làm nguội cao hơn có lợi cho tính ổn định nhiệt nhưng có thể thúc đẩy sự phát triển của hạt và giảm độ bền; các khuôn yêu cầu độ bền cao thường sử dụng nhiệt độ làm nguội tương đối thấp hơn.
3. Thời gian ngâm: để đảm bảo đồng nhất hóa, quá trình gia nhiệt làm nguội trong bể muối thường yêu cầu thời gian ngâm tương đối dài; ước tính thông thường là 0,8 phút/mm đến 1,0 phút/mm (giá trị tham khảo; phải được xác minh).

Làm nguội sau khi làm nguội:

1. Lựa chọn phương pháp làm mát: các khuôn có hình dạng đơn giản và độ nhạy biến dạng thấp có thể được làm nguội bằng dầu. Các khuôn có hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu chống biến dạng cao nên được xử lý bằng phương pháp làm nguội theo giai đoạn (làm mát tăng tốc theo từng giai đoạn với các bước chuyển tiếp dần dần).
2. Điều hòa nhiệt độ trước khi ủ: để tránh nứt và biến dạng, bất kể phương pháp làm nguội nào, không làm nguội trực tiếp xuống nhiệt độ phòng; thay vào đó, làm nguội trước xuống 150 °C đến 180 °C để điều hòa nhiệt độ. Thời gian điều hòa có thể ước tính là 0,6 phút/mm (giá trị tham khảo), sau đó tiến hành ủ ngay lập tức.
3. Lưu ý: Kiểm soát profile tốc độ làm nguội để tránh tập trung ứng suất nhiệt bề mặt nguội/lõi nóng. Khi sử dụng làm nguội theo giai đoạn hoặc cục bộ, đảm bảo biến dạng có thể kiểm soát được và cung cấp các quy trình điều chỉnh.

Ủ:

1. Sự cần thiết: Ủ đủ loại bỏ ứng suất dư sau khi làm nguội và điều chỉnh độ cứng và độ bền. Khuôn đúc áp lực thường yêu cầu ủ kỹ lưỡng, thường được thực hiện qua ba lần ủ.
2. Nhiệt độ ủ đầu tiên thường được chọn trong phạm vi cứng hóa thứ cấp của vật liệu (để ổn định cấu trúc).
3. Nhiệt độ ủ lần hai được chọn để đạt được độ cứng yêu cầu.
4. Nhiệt độ ủ lần thứ ba thấp hơn nhiệt độ ủ lần thứ hai từ 10 °C đến 20 °C và được sử dụng để loại bỏ ứng suất dư và tinh chỉnh cấu trúc.
5. Làm mát sau ủ: sau khi ủ, có thể sử dụng làm mát bằng dầu hoặc làm mát bằng không khí. Thời gian giữ nhiệt trong quá trình ủ một chu kỳ không được ít hơn 2 giờ (xác định thời gian chính xác dựa trên độ dày của chi tiết và yêu cầu của vật liệu).