型芯以及顶出销等特种钢材质的注塑模具零件大多会通过淬火提高硬度,从而提升其强度。
钢材的淬火处理,是指从碳钢特有的转变温度以上的温度范围急速降温,从而获得马氏体组织的热处理。
马氏体组织是一种非常坚硬和强韧的组织。其产生状况与淬火时的冷却速度有很大关系。
根据部件的厚度,近表面部位和内部的冷却速度存在差异。当差异大于一定水平时,马氏体组织的形成状况也会发生变化。
如果钢材的尺寸太大,则表面和内部的冷却速度就会不同,所以如果钢种的淬透性较差,则其内部就会因为无法达到临界冷却速度而无法淬透硬化。这里所说的临界冷却速度,是指产生马氏体组织的极限冷却速度。
这种取决于钢材体积大小的淬火不均匀现象,称为“质量效应”。
由于质量效应而导致零部件表面和内部的淬透硬化方式存在差异的状态下,残余应力会在内部累积,可能会在未来导致发生应变或是意料之外的破损。
为了防止因质量效应引起的淬火不均,在淬火时可采用以下手段。
1. 淬火前去除多余的部分。
2. 设计时,特意在淬火前添加余料,并在淬火后切断该部分。
3. 使用恒温炉,使钢材内部在淬火前变为完全均匀的温度。
4. 在零部件设计中,更改为将零部件分成多个零部件的设计,以减少厚肉部分。
5. 设计时,要注意相对于零部件板厚来说,让表面积更快增大,从而增加比表面积,以利于快速冷却。