Trois facteurs clés de la déformation du moule

À l'heure actuelle, dans la fabrication de moules, de nouvelles technologies telles que l'usinage par décharge électrique, le meulage de forme, la coupe au fil, etc. ont été appliquées pour mieux résoudre les problèmes de traitement de moules complexes et de déformation par traitement thermique. Cependant, ces nouveaux procédés n'ont pas encore été largement utilisés en raison de diverses contraintes. Par conséquent, comment réduire la déformation de traitement thermique du moule est toujours un problème très important.

Généralement, les moules nécessitent une grande précision. Après traitement thermique, il est incommode voire impossible à traiter et à corriger. Par conséquent, après traitement thermique, même si la structure et les performances ont atteint les exigences, si la déformation est hors tolérance, elle sera toujours mise au rebut car elle ne peut pas être sauvegardée. Non seulement affecte la production, mais provoque également des pertes économiques.

La loi générale de déformation par traitement thermique n'est pas discutée ici. Ce qui suit est une brève analyse de certains facteurs affectant la déformation du moule.

L'influence du matériau du moule sur la déformation du traitement thermique

L'influence des matériaux sur la déformation du traitement thermique comprend l'influence de la composition chimique de l'acier et de la structure d'origine.

Du point de vue du matériau lui-même, la déformation du traitement thermique est principalement affectée par l'influence de la composition sur la trempabilité et le point Ms.

Lorsque l'acier à outils au carbone est trempé avec de l'eau et de l'huile à la température de trempe normale, une contrainte thermique importante est générée au-dessus du point Ms ; lorsqu'elle est refroidie en dessous du point Ms, l'austénite se transforme en martensite, entraînant une contrainte structurelle, mais en raison de la mauvaise trempabilité de l'acier à outils au carbone, la valeur de la contrainte structurelle n'est pas importante. De plus, le point Ms n'est pas élevé. Lorsque la transformation martensitique se produit, la plasticité de l'acier est déjà très mauvaise et la déformation plastique n'est pas facile à se produire. Par conséquent, les caractéristiques de déformation causées par la contrainte thermique sont conservées et la cavité du moule a tendance à se rétrécir. Cependant, si la température de trempe est augmentée (>850 °C), la contrainte de structure peut également jouer un rôle prépondérant, et la cavité a tendance à se dilater.

Lors de la fabrication de moules avec des aciers à outils faiblement alliés tels que l'acier 9Mn2V, 9SiCr, CrWMn, GCr15, la loi de déformation de trempe est similaire à celle de l'acier à outils au carbone, mais la quantité de déformation est inférieure à celle de l'acier à outils au carbone.

Pour certains aciers fortement alliés, tels que l'acier Cr12MoV, en raison de sa teneur élevée en carbone et en éléments d'alliage et de son faible point Ms, il y a plus d'austénite retenue après trempe, ce qui a un effet significatif sur l'expansion volumique due à la martensite. Par conséquent, la déformation après trempe est assez faible. Généralement, lors de la trempe avec refroidissement à l'air, refroidissement à l'air et bain de sel de nitrate, la cavité du moule a tendance à se dilater légèrement ; si la température de trempe est trop élevée, la quantité d'austénite retenue augmentera. La cavité peut également rétrécir.

Si le moule est en acier de construction au carbone (comme l'acier 45) ou en acier de construction allié (comme le 40Cr), en raison de son point Ms élevé, lorsque la surface commence à se transformer en martensite, la température à cœur est encore plus élevée, et la limite d'élasticité Elle est faible et présente un certain degré de plasticité. La contrainte tissulaire de traction instantanée de la surface au noyau dépasse facilement la limite d'élasticité du noyau et la cavité a tendance à gonfler.

La structure d'origine de l'acier a également une certaine influence sur la déformation de trempe. La « structure primaire de l'acier » dont il est question ici comprend le niveau d'inclusions dans l'acier, le niveau de structure en bande, le degré de ségrégation des composants, la directionnalité de la distribution des carbures libres, etc., ainsi que les différentes structures obtenu grâce à différents traitements de préchauffage (tels que la perlite, la sorbite tempérée, la troostite tempérée, etc.). Pour l'acier à matrice, la principale considération est la ségrégation des carbures, la forme et la répartition des carbures.

L'effet de la ségrégation des carbures dans les aciers à haute teneur en carbone et fortement alliés (tels que l'acier Cr12) sur la déformation de trempe est particulièrement évident. Comme la ségrégation du carbure provoque l'inhomogénéité de composition de l'acier après chauffage à l'état d'austénite, les points Ms dans différentes régions seront hauts ou bas. Dans les mêmes conditions de refroidissement, la transformation de l'austénite en martensite se produit en premier, et le volume spécifique de la martensite transformée varie en fonction de la teneur en carbone, et même certaines régions à faible teneur en carbone et faiblement alliées peuvent Il n'y a pas de martensite (mais bainite, troostite, etc.), ce qui entraînera une déformation irrégulière des pièces après trempe.

Différentes formes de distribution de carbure (distribué sous forme granulaire ou fibreuse) ont des effets différents sur l'expansion et la contraction de la matrice, ce qui affectera également la déformation après traitement thermique. Généralement, la cavité s'élargit suivant la direction des fibres de carbure, et c'est plus évident alors que la direction perpendiculaire à la fibre est réduite, mais non significative. Certaines usines ont établi des règlements spéciaux à cet effet. La surface de la cavité doit être perpendiculaire à la direction de la fibre de carbure pour réduire la déformation de la cavité. Lorsque le carbure est granuleux Lorsqu'il est uniformément réparti, la cavité présente une expansion et une contraction uniformes.

De plus, l'état de la structure avant le traitement thermique final a également une certaine influence sur la déformation. Par exemple, la structure d'origine de la perlite sphérique a une plus faible tendance à se déformer après trempe que la perlite feuilletée. Par conséquent, les moules avec des exigences de déformation strictes sont souvent soumis à un traitement de trempe et de revenu après un usinage grossier, puis une finition et un traitement thermique final.

L'influence de la géométrie du moule sur la déformation

L'influence de la géométrie du moule sur la déformation du traitement thermique s'exerce en fait par le biais du stress thermique et du stress organisationnel. La forme du moule étant diverse, il est encore difficile d'en résumer la loi de déformation exacte.

Pour les moules symétriques, la tendance à la déformation de la cavité peut être considérée en fonction de la taille de la cavité, de la taille de la forme et de la hauteur. Lorsque la paroi du moule est mince et que la hauteur est faible, il est plus facile de tremper. A cette époque, il est possible que le stress tissulaire joue un rôle prépondérant. Par conséquent, la cavité a souvent tendance à gonfler. Au contraire, si l'épaisseur et la hauteur de la paroi sont grandes, il n'est pas facile à durcir. A ce stade, le stress thermique peut jouer un rôle prépondérant. Par conséquent, la cavité a souvent tendance à se rétrécir. Ce qui est mentionné ici est une tendance générale. Dans la pratique de production, il est nécessaire de prendre en compte la forme spécifique de la pièce, la nuance d'acier et le processus de traitement thermique, etc., et de résumer en permanence l'expérience par la pratique. Dans la production réelle, les dimensions extérieures du moule ne sont souvent pas les principales dimensions de travail et la déformation peut être corrigée par meulage, etc., de sorte que l'analyse principale ci-dessus est la tendance à la déformation de la cavité.

La déformation des moules asymétriques est également le résultat des effets combinés du stress thermique et du stress tissulaire. Par exemple, pour un moule à parois minces et à parois minces, du fait que la paroi du moule est mince, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur est faible lors de la trempe, donc la contrainte thermique est faible ; mais il est facile à tremper et la contrainte de structure est importante, de sorte que la déformation a tendance à élargir la cavité.

Afin de réduire la déformation du moule, le service de traitement thermique doit travailler avec le service de conception de moule pour améliorer la conception du moule, par exemple en évitant les structures de moule avec de grandes différences de taille de section transversale, les formes de moule symétriques et les structures divisées pour les complexes moules.

Lorsque la forme du moule ne peut pas être modifiée, afin de réduire la déformation, d'autres mesures peuvent être prises. La considération générale de ces mesures est d'améliorer les conditions de refroidissement afin que chaque pièce puisse être refroidie uniformément ; en outre, diverses mesures obligatoires peuvent également être assistées pour limiter la déformation de trempe des pièces. Par exemple, l'ajout de trous de traitement est une mesure pour un refroidissement uniforme de chaque pièce, c'est-à-dire l'ouverture de trous dans certaines parties du moule, de sorte que chaque partie du moule puisse être refroidie uniformément pour réduire la déformation. Il peut également être enveloppé d'amiante sur la périphérie du moule qui est facile à dilater après trempe pour augmenter la différence de refroidissement entre le trou intérieur et la couche extérieure et rétrécir la cavité. Le maintien de nervures ou de nervures de renfort sur le moule est une autre mesure obligatoire pour réduire la déformation. Il est particulièrement adapté aux matrices à cavité gonflée et aux matrices à encoche faciles à étendre ou à rétrécir.

L'influence du processus de traitement thermique sur la déformation du moule

1. L'influence de la vitesse de chauffage

D'une manière générale, lors du chauffage de trempe, plus la vitesse de chauffage est rapide, plus la contrainte thermique générée dans le moule est importante, ce qui est susceptible d'entraîner une déformation et une fissuration du moule. En particulier pour les aciers alliés et les aciers fortement alliés, en raison de leur mauvaise conductivité thermique, une attention particulière doit être portée au préchauffage. Pour certains moules fortement alliés aux formes complexes, il est nécessaire de procéder à plusieurs étapes de préchauffage. Cependant, dans des cas particuliers, un chauffage rapide peut parfois réduire la déformation. A ce moment, seule la surface du moule est chauffée, tandis que le centre reste "froid", de sorte que la contrainte tissulaire et la contrainte thermique sont réduites en conséquence, et la résistance à la déformation du noyau est plus grande. , Réduisant ainsi la déformation de trempe, selon une certaine expérience en usine, utilisée pour résoudre la déformation du pas de trou a un certain effet.

2. L'influence de la température de chauffage

La température de chauffage de trempe affecte la trempabilité du matériau et affecte en même temps la composition et la taille des grains de l'austénite.

• (1) Du point de vue de la trempabilité, une température de chauffage élevée augmentera la contrainte thermique, mais augmentera en même temps la trempabilité, de sorte que la contrainte structurelle augmente également et domine progressivement. Par exemple, pour les aciers à outils au carbone T8, T10, T12, etc. ., lors de la trempe à la température de trempe générale, le diamètre intérieur montre une tendance à se rétrécir, mais si la température de trempe est augmentée à ≥850 ° C, la trempabilité augmente et la contrainte structurelle devient progressivement dominante, donc le diamètre intérieur peut montrer une tendance gonfler.
• (2) Du point de vue de la composition de l'austénite, l'augmentation de la température de trempe augmente la teneur en carbone de l'austénite et l'équerrage de la martensite après trempe (augmentation du volume spécifique), ce qui augmente le volume après trempe.
• (3) En regardant de plus près l'effet sur le point Ms, plus la température de trempe est élevée, plus les grains d'austénite sont grossiers, ce qui augmentera la tendance à la déformation et à la fissuration des pièces.

En résumé, pour toutes les nuances d'acier, en particulier certains aciers moyennement et fortement alliés à haute teneur en carbone, la température de trempe affectera évidemment la déformation de trempe du moule. Par conséquent, le choix correct de la température de chauffage de trempe est très important.

De manière générale, choisir une température de chauffage de trempe trop élevée n'est pas bon pour la déformation. Sous le principe de ne pas affecter les performances, une température de chauffage inférieure est toujours utilisée. Cependant, pour certaines nuances d'acier avec plus d'austénite retenue après trempe (comme Cr12MoV, etc.), la quantité d'austénite retenue peut également être ajustée en ajustant la température de chauffage pour ajuster la déformation du moule.

3. L'influence de la vitesse de refroidissement par trempe

En général, l'augmentation de la vitesse de refroidissement au-dessus du point Ms augmentera considérablement la contrainte thermique, et par conséquent, la déformation provoquée par la contrainte thermique a tendance à augmenter ; l'augmentation de la vitesse de refroidissement en dessous du point Ms provoque principalement la tendance à augmenter la déformation causée par la contrainte tissulaire.

Pour différentes nuances d'acier, en raison des différentes hauteurs des points Ms, lorsque le même milieu de trempe est utilisé, il existe différentes tendances à la déformation. Pour une même nuance d'acier, si différents agents de trempe sont utilisés, ils ont également des tendances à la déformation différentes en raison de leurs capacités de refroidissement différentes.

Par exemple, le point Ms de l'acier à outils au carbone est relativement bas, donc lorsque le refroidissement par eau est utilisé, l'influence de la contrainte thermique a tendance à prévaloir ; lorsque le refroidissement est utilisé, la contrainte structurelle peut prévaloir.

Dans la production réelle, les moules ne sont généralement pas complètement trempés lorsqu'ils sont calibrés ou calibrés-austremés, de sorte que la contrainte thermique est souvent l'effet principal, qui a tendance à rétrécir la cavité. Cependant, étant donné que la contrainte thermique n'est pas très importante à ce stade, la déformation totale est donc relativement faible. Si une trempe double liquide eau-huile ou une trempe à l'huile est utilisée, la contrainte thermique causée est plus importante et le retrait de la cavité augmentera.

4. L'influence de la température de revenu

L'effet de la température de revenu sur la déformation est principalement causé par la transformation de la structure pendant le processus de revenu. Si le phénomène de "trempe secondaire" se produit pendant le processus de revenu, l'austénite retenue se transforme en martensite, et le volume spécifique de la martensite générée est supérieur à celui de l'austénite retenue, ce qui provoquera l'expansion de la cavité du moule ; Pour certains aciers à outils fortement alliés, tels que le Cr12MoV, la trempe à haute température est utilisée pour exiger la dureté rouge comme exigence principale. Lors de la trempe multiple, le volume augmente une fois à chaque fois que la trempe est effectuée.

Si elle est trempée dans d'autres régions de température, le volume spécifique diminue en raison de la transformation de la martensite trempée en martensite trempée (ou sorbite trempée, troostite trempée, etc.), et par conséquent, la cavité a tendance à se rétrécir.

De plus, lors de la trempe, le relâchement de la contrainte résiduelle dans le moule affecte également la déformation. Une fois le moule trempé, si la surface est dans un état de contrainte de traction, la taille augmentera après la trempe ; au contraire, si la surface est dans un état de contrainte de compression, elle se rétractera. Mais des deux effets de la transformation organisationnelle et de la relaxation du stress, le premier est le principal.

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