一.模具材料对热处理变形的影响

材料对热处理变形的影响，包括钢的化学成分及原始组织两方面的影响。

从材料本身来看，主要通过成分对淬透性、Ms点等的影响而影响热处理变形。

碳素工具钢在正常淬火温度进行水-油双液淬火时，在Ms点以上产生很大的热应力；当冷到Ms点以下时，奥氏体向马氏体转变，产生组织应力，但由于碳素工具钢淬透性差，所以组织应力的数值不大。加上其Ms点不高，在发生马氏体组织转变时，钢的塑性已经很差，不易发生塑性变形，因此，就保留了热应力作用所造成的变形特征，模具型腔趋向收缩。但若淬火温度提高（>850℃），也可能因组织应力起主导作用，而使型腔趋向于胀大。

在用9Mn2V、9SiCr、CrWMn、GCr15钢等低合金工具钢制作模具时，其淬火变形规律与碳素工具钢相似，但变形量要比碳素工具钢要小。

对于一些高合金钢，如Cr12MoV钢等，由于其碳及合金元素含量较高，Ms点较低，因而淬火后有较多的残余奥氏体，它对由于马氏体而致的体积膨胀有抵消作用，因此，淬火后的变形就相当小，一般用空冷、风冷、硝盐浴淬火时，模具型腔趋于微量胀大；若淬火温度过高，则残余奥氏体量增加，型腔也可能缩小。

若用碳素结构钢（如45钢）或某些合金结构钢（如40Cr）制作模具，则因其Ms点较高，当表面开始马氏体转变时，心部温度尚较高，屈服强度较低，有一定的塑性，表面对心部的瞬时拉伸组织应力，易于超过心部的屈服强度而使型腔趋向胀大。

高碳高合金钢（如Cr12型钢）中碳化物偏析对淬火变形的影响特别明显。由于碳化物偏析造成钢加热至奥氏体状态后的成分不均匀性，因而，不同区域的Ms点就会有高有低。在同样冷却条件下，奥氏体向马氏体转变就有先有后，转变后的马氏体就因含碳量不同而比容有大有小，甚至有一些低碳、低合金区域可能根本得不到马氏体（而得到贝氏体、屈氏体等），所有这些都会造成零件淬火后的不均匀变形。

此外，最终热处理之前的组织状态对变形也有一定的影响，例如，原始组织为球状珠光体的就比片状珠光体的在淬火后变形倾向要小。所以变形要求严格的模具，常在粗加工后先进行一次调质处理，然后再进行精加工及最终热处理。

二.模具几何形状对变形的影响

模具几何形状对热处理变形的影响，实际上仍是通过热应力、组织应力来起作用的。由于模具的形状是多种多样的，要从中总结出确切的变形规律，目前还很困难。

对于对称型的模具，可根据型腔尺寸、外形尺寸及高度来考虑型腔的变形倾向。当模具的壁薄、高度小时，则较易于淬透，这时有可能是组织应力起主导作用，因此，型腔常趋向胀大。反之，壁厚、高度大，则不易淬透，此时可能是热应力起主导作用，因此，型腔常趋向缩小。这里所说的是一般趋势，在生产实践中，还须结合零件的具体形状，所采用的钢种及热处理工艺等来加以考虑，通过实践不断总结出经验来。由于实际生产中，模具的外形尺寸往往不是主要的工作尺寸，且变形后还可通过磨削加工等加以校正，所以上面分析的主要是型腔的变形趋势。

对于不对称的模具的变形，同样也是热应力、组织应力综合作用的结果。例如，对薄壁薄边的模具，由于模壁薄，淬火时内外温差小，因而热应力小；但容易淬透，组织应力较大，所以变形趋向于型腔胀大。

为了减小模具的变形，热处理部门应与模具设计部门共同研究，改善模具设计，如尽可能避免截面大小相差悬殊的模具结构、模具形状力求对称、复杂模具用拼合结构等。

当不能改变模具形状时，为了减小变形，还可以采取一些其它的措施。这些措施总的考虑是改善冷却条件，使各部分得以均匀冷却；此外，也可以辅助以各种强制措施，以限制零件的淬火变形。例如，增加工艺孔，就是使各部分均匀冷却的一个措施，即在模具某些部分开孔，使模具各个部分得以均匀地冷却以减小变形。也可在淬火后容易胀大的模具外围用石棉包住，以增大内孔与外层的冷却差异，使型腔收缩。在模具上留筋或加筋是减少变形的又一种强制措施，它特别适用于型腔胀大的凹模，及槽口易胀大或缩小的模具。

三.热处理工艺对模具变形的影响

1.加热速度的影响

一般来说，淬火加热时，加热速度越快，则模具中产生的热应力越大，易于造成模具的变形开裂，尤其对于合金钢及高合金钢，因其导热性差，尤需注意进行预热，对于一些形状复杂的高合金模具，还需采取多次分级预热。但在个别情况下，采用快速加热有时反而可以减少变形，这时仅加热模具的表面，而中心还保持“冷态”，所以相应地减少了组织应力和热应力，且心部变形抗力较大，从而减少了淬火变形。根据一些工厂经验，用于解决孔距变形方面有一定效果。

2.加热温度的影响

淬火加热温度的高低影响材料的淬透性，同时对奥氏体的成分与晶粒大小起作用。从淬透性方面看，加热温度高，将使热应力增大，但同时使淬透性增高，因此组织应力也增大，并逐渐占主导地位。

实践证明，模具的热加工质量对模具的性能与使用寿命影响甚大。从模具失效原因的分析统计可知，因热处理不当所引发模具失效“事故”约占40%以上。

（1）锻造工艺：这是模具工作零件制造过程中的重要环节。对于高合金工具钢的模具，通常对材料碳化物分布等金相组织提出技术要求。

（2）预备热处理：应视模具工作零件的材料和要求的不同分别采用退火、正火或调质等预备热处理工艺，以改善组织，消除锻造毛坯的组织缺陷，改善加工工艺性。高碳合金模具钢经过适当的预备热处理，可消除网状二次渗碳体或链状碳化物，使碳化物球化、细化，促进碳化物分布均匀性，这样有利于保证淬火、回火质量，提高模具寿命。

（3）淬火与回火：这是模具热处理中的关键环节。若淬火加热时产生过热，不仅会使工件造成较大的脆性，而且，在冷却时容易引起变形和开裂，严重影响模具寿命。冲模淬火加热时特别应注意防止氧化和脱碳，应严格控制热处理工艺规范，在条件允许的情况下，可采用真空热处理。淬火后应及时回火，并根据技术要求采用不同的回火工艺。

（4）消应力退火：模具工作零件在粗加工后，应进行消应力退火处理，其目的是消除粗加工所造成的内应力，以免淬火时产生过大的变形和裂纹。对于精度要求高的模具，在磨削或电加工后还需经过消应力回火处理，有利于稳定模具精度，提高使用寿命。