粉末冶金模具在使用過程中,通常是由于磨損而引起尺寸超差而失效報廢的。工具鋼一般熱處理后金相組織中都含有較多的殘余奧氏體,由于殘余奧氏體是一種軟質相,強度硬度較低,同時殘余奧氏體又是不穩定相,在模具服役過程中易發生組織轉變、產生組織應力,造成工模具早期破損。尤其是當殘余奧氏體量超過5%以上時,會顯著降低材料的強度和耐磨性。
深冷處理是降低殘余奧氏體最有效的方法。當深冷處理溫度降至-140℃以下時,殘余奧氏體量已基本穩定,這是由于溫度降低到一定程度,未轉變的殘余奧氏體應力狀態已經接近于等軸狀態,殘余奧氏體難以發生剪切變形,導致殘余奧氏體向馬氏體轉變進程停止,因此,經-196℃的深冷處理后仍有少量殘余奧氏體存在。由于殘余奧氏體向馬氏體轉變,鋼的硬度在深冷處理后少許提高。經深冷處理后,鋼的沖擊韌性幾乎不變。
粉末冶金整形模具:
由于整形模具是用來壓制經過燒結后的粉末冶金零件,工作壓力很高,再加上燒結后的粉末冶金零件硬度較高,因此,整形模具磨損表面布滿了犁溝。另外,模具的工作表面承受很大的擠壓力作用,在這強大的擠壓力反復作用下,模具的亞表層軟相(殘余奧氏體)發生反復變形,產生大量位錯并在夾雜物等缺陷處發生塞積,從而萌生裂紋。裂紋在應力作用下不斷擴展,當裂紋長度達到臨界值時,表面與裂紋之間的材料被剪斷,產生薄片狀磨屑。隨著磨屑不斷剝落,從而大大加快了模具的磨損,最終導致整形模具尺寸超差而報廢。
整形模具經深冷處理后,殘余奧氏體量顯著降低,一方面由于硬度和強度提高而增加了犁削難度,從而降低了模具的磨損速率;另一方面增加了裂紋的萌生難度,再加上殘余奧氏體轉變后組織得到進一步細化,使裂紋擴展時需要的能量增加,加大了裂紋擴展難度。