热处理对模具消除残余应力的作用及残余应力的调整和消除

通过热处理的方法或机械作用法可以消除工件的 残余应力或使其重新分布。退火和回火能够部分地或完全地消除残余应力，是最常用的方法。但是退火和回火还会引起材料的组织变化、硬度下降和其他力学性能的变化。
机械作用法包括静态应务处理法、冲击应力处理法、振动处理法等。其原理是在机械力的作用下，使工件产生局部塑性变形，以达到降低和调整残余应力的目的。机械作用法一般不会改变材料的微观组织和力学性能，但是只能部分地消除残余应力或使其重新分布，不可能使残余应力完全消除。（来源：上海荔锋模具钢材有限公司)
热处理对消除残余应力的作用
⒈消除应力退火
消除应力退火的主要目的是消除铸造、锻造、焊接及机械加工等工序所造成的内应力。其工艺是将工件加热至ac1以下50～200℃，保温后空冷或炉冷至200～300℃，再出炉空冷。消除应力退火中不发生相变组织转变，去除内应力的机理是局部塑性变形和蠕变引起的应力松弛。残余应力超过材料的屈服强度，就会使材料发生塑性变形，因此，残余应力总是低于材料的屈服强度。通常材料的屈服强度随温度的升高而降低。例：温度升高到620℃，3%nicr钢的弹性极限降到约160mpa，也就是说，在620℃退火时，3%nicr钢的残余应力不会超过160mpa。考虑到蠕变变形的影响，残余应力还会进一步降低。
⒉回火与残余应力的去除
回火的作用之一是消除淬火钢中的残余应力。淬火马氏体是一种不稳定的组织，具有高的硬度和大的淬火应力。钢淬火后，往往得不到单纯的淬火马氏体，而是形成含有像残余奥氏体、贝氏体等组织的混合组织。这些不稳定组织在回火过程中，因发生分解而引起残余应力的消除或重新分布。由于回火加热，金属内部原子的振动加剧，钢的屈服强度降低，塑性增大，也会导致残余应力因局部塑性变形而降低。
残余应力消除的程度取决于回火工艺和淬火组织的不稳定程度。在各个工艺参数中，回火温度对消除残余应力的影响最大。根据30钢的淬火应力随回火温度的变化可知，450℃以下，淬火应力随回火温度的升高缓慢下降，超过450℃回火，残余应力去除的效果明显。但是，只有回火温度达到500～600℃甚至更高时，残余应力才能接近全部去除。应当指出的是，随回火温度的升高，淬火钢的硬度伴随马氏体的分解而降低。因此，为消除淬火应力而选择回火温度时，应注意在保证力学性能的条件下进行。例如，冷变形工模具钢，为保持淬火状态的高硬度，常采用低温回火，只能使部分淬火应力得以消除。而对要求高强度、高韧度的结构钢，往往采用中温和高温回火，残余应力消除的就比较充分。对于ms点较高的低碳马氏体钢，淬火应力较低，低碳马氏体具有优良的综合力学性能，加上自回火的作用，可以在淬火态使用。
回火时间对残余应力的影响。残余应力主要是在回火开始阶段去除的，过分延长回火时间对去除残余应力意义不大。
大锻件回火冷却不当，会产生大的残余应力，这是由于高温回火后，在高塑性和低弹性的高温区（碳钢和低合金钢＞℃，合金钢＞450℃）快冷时，表面产生了剪切变形的缘故。为了缩短回火时间，提高劳动生产率，在低温弹性区域内（＜300℃＝，可以采用较快的冷却速度。