模具钢热处理（精选11篇）
模具钢热处理 篇1
摘要：冷作模具钢用于制造使金属在冷态下变形的模具, 如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等, 有时还用于制造其他工具 (如剪刀片等) 。这类模具工作时的实际温度一般不超过200300℃。由于冷作模具钢在加工过程中会受到较大的冲击力和摩擦力作用所以工作环境相对恶劣, 就需要对它进行特定的热处理以改善其性能, 使其达到最好的使用效果。
关键词：模具钢,热处理,温度
1 冷作模具钢的性能、化学成分及其种类
1.1 冷作模具钢需满足以下性能要求。
(1) 高的硬度和耐磨性, 工作时保持锋利的刃口;
(2) 较高的强度和韧性, 工作时刃部不易崩裂或塌陷;
(3) 较好的淬透性, 保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度;
(4) 较好的加工工艺性能, 热处理变形小, 在复杂断面上不易淬裂。
1.2 冷作模具钢的化学成分特点
(1) 高碳:碳的质量分数一般在1%左右, 个别达2.0%, 以保证高硬度和高耐磨性。
(2) 高合金:常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等。Mn、Cr等能提高淬透性, 碳化物形成元素能形成难溶碳化物, 细化晶粒、提高耐磨性。
1.3 常用冷作模具钢的种类
冷作模具钢使用的钢材分为:碳素工具钢、低合金工具钢、高铬及中铬模具钢、基体钢、高速钢等。
(1) 碳素工具钢和低合金工具钢:碳素钢一般选用高级优质碳素工具钢, 以改善模具的韧性。对耐磨性要求较高、不受或受冲击较小的可选用T13A、T12A;对受较大冲击的模具则应选择T7A、T8A;而对耐磨性和韧性均有一定要求的模具 (如冷镦模) 可选择T10A。优点是加工性能好、成本低;缺点是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火变形大、使用寿命低。故一般只适合制造尺寸小、形状简单、精度低的轻负荷模具。
(3) 低合金工具钢常用的钢号有9Mn2V、9Si Cr、Cr WMn和滚动轴承钢GCrl5。优点是低合金工具钢具有较高的淬透性、较好的回火稳定性、较好的耐磨性和较小的淬火变形, 综合力学性能较好。缺点是网状碳化物倾向较大, 因韧性不足而可能导致模具的崩刃或折断等早期失效。常用于制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低中负荷模具。
(4) 高铬和中铬冷作模具钢:是一种专用的冷作模具钢具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度, 且淬火变形小, 广泛用于尺寸大、形状复杂、精度高的重载冷作模具。高铬模具钢Crl2型常用的有三个牌号:Crl2和Crl2Mo V、Crl2Mo1V1。Crl钢的ωC高达2.0%~2.3%, 属莱氏体钢。它具有优良的淬透性和耐磨性, 但韧性较差, 多用于小动载条件又要求高耐磨或形状简单的拉伸模和冲裁模, 在正确设计的情况下可以冲压厚度小于6mm的钢板。Crl2Mo V和Crl2Mo1V1的ωC降至1.45%~1.70%和1.40%~1.60%。它们有相似的性能和较好的淬透性, 在保持Crl2钢优点的基础上, 其韧性得以改善, 具有一定的热硬性, 在用于对韧性不足而易于开裂、崩刃的模具上, 已取代Crl2钢;若要求具有好的抗回火稳定性时, 则宜选择钼和钒质量分数较高的Crl2Mo1V1钢。
高碳高铬型钢是一种莱氏体钢, 锻造与预备热处理方式与高速钢相似, 退火后的硬度低于255HBW (见表1) 。
2 常用冷作模具钢的热处理方法
2.1 碳素工具钢和低合金工具钢的热处理方法
热处理工艺包括球化退火、淬火与低温回火。由于模具尺寸大、精度要求高, 为增加淬透层深度, 适当提高淬火温度, 延长保温时间。加热温度一般提高10~30℃。采用缓慢升温或分级预热, 以防变形。变形要求严格, 厚度<35mm碳素钢模具和厚度>35mm的低合金模具钢, 可采用碱液分级淬火。
2.2 高铬和中铬冷作模具钢的热处理方法
(1) 一次硬化法:采用较低的温度淬火, 再低温回火。Crl2Mo V钢导热性差, 淬火前通常进行两次预热。温度分别为:400~500℃和800~850℃, 淬火温度为:1030~1050℃。Crl2钢只采用一次硬化法, 淬火温度为950~980℃, 回火温度为180~200℃, 保温时间为2~3h。一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性, 较小的热处理变形。大多数Crl2钢制冷作模具均使用此工艺。
(2) 二次硬化法:高温下淬火, 再多次高温回火, 使残余奥氏体转变为马氏体, 达到二次硬化。Crl2Mo V钢的淬火温度为1080~1120℃, 回火温度为500~520℃, 每次1h, 回火次数为3~4次。这样能获得高硬度和高热硬性, 但韧性降低, 尺寸会涨大。
(3) 中铬模具钢是针对Crl2型高铬模具钢中碳化物多而粗大, 且分布不均匀的缺点发展起来的钢种。典型的牌号有Cr4W2Mo V、Cr6WV、Cr5Mol V, 其中Cr4W2Mo V使用较多。此类钢的ωC进一步降至1.0%~1.25%, 突出的优点是形成的碳化物细小且呈均匀分布状态, 韧性明显改善, 热处理变形小综合力学性能较佳。可用于代替Crl2型钢制造易崩刃、开裂与折断的冷作模具, 其寿命大幅度提高。
(4) Cr6WV钢的淬火温度为960~980℃, 热油淬火。由于这种钢的淬火开裂倾向比高碳高铬钢大, 所以在热处理时应注意预热和热介质淬火, 并及时回火。回火温度在160~200℃, 保温时间为1.5~3h。
2.3 基体钢和低碳高速钢类冷作模具钢热处理方法
对要求高耐磨性的模具 (如某些冷挤压的冲头) 也有采用高速钢来制造的, 为提高它的韧性而研究发展了基体钢, 基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀, 韧性也相对提高了。近年来研制的基体钢是以W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2钢的基体成分为基础发展改性的。其中含镍基体钢6Cr4Mo3Ni2WV的强度和断裂韧度都较高, 但其热加工时易产生内裂而报废, 生产成本高。含钛基体钢中6W8Cr4VTi有较高的硬度、强度和高温性能以及回火稳定性, 多用于冷冲切边模具等。而6Cr5Mo3W2VSi Ti则相对有较好的强韧性, 多用于承受冲击载荷较大的冷挤压冷冲压模具。6Cr4W3Mo2VNb和6W6Mo5Cr4V钢有较好的加工工艺性、高强度及较好的韧性, 且耐磨性也好, 一般多用于要求高强韧性的冷挤压模和冷冲模。基体钢具有更加优良的强韧性, 不仅可用做冷作模具钢, 也可用做热作模具钢。由于低碳高速钢 (如6W6Mo5Cr4V等) 碳质量分数或合金元素质量分数下降, 碳化物数量减少且均匀性提高, 使钢的强韧性明显改善, 常用于高冲击载荷下要求耐磨损的模具 (见表2) 。
参考文献
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模具钢热处理 篇2
装备制造业具有其独特性，因此其更加注重依靠于高精度技术。
目前，热处理工艺和模具材料等在技术上支持模具制造业。
本文围绕着常用模具材料及其热处理工艺这一主题展开了讨论。
【关键词】模具材料 热处理 合理选择
目前的社会中工业得到了极大的发展，在工业生产的发展过程中，模具开始出现。
在工业中广泛应用模具，能够促进产量进行大幅度的提高，使人们的需求能够得到更好地满足。
随着经济的发展、社会的进步，在人们的生活中模具越来越受到人们的关注，其应用范围也越来越广泛，模具也因此得到了发展，进一步促进经济发展。
在模具制造中模具材料是其进行的基础，模具包括塑料模具钢、热作模具钢和冷作模具钢三类[1]。
一、常用的模具材料
(一)高速钢
由于具有较高的韧性和热塑性，钼系高速钢能够应用的更加广泛，对于精度以及大批量生产冷作模具来说非常重要。
(二)碳素工具钢
在我国已经大量使用、生产碳素工具钢，碳素工具钢具有价格便宜、切削加工性好，退火易软化、锻造性好的优点，其缺点在于需要用水作冷却介质，具有较低的淬透性，因此碳素工具钢容易断裂或变形。
结合碳素工具钢的优点和缺点，也以得出其不适合当大型模具的结论，在进行模具制作时，可以将其做为变形要求不高、形状简单、受力小、制作尺寸小的模具，从而促进资源利用率的提升。
(三)超硬高速钢
为了对难切削材料的需要相适应，超硬高速钢逐渐发展了起来，其目的在于使热硬度和硬度得到进一步的提高。
在其发展过程中，逐渐出现了一些难题，超硬高速钢具有较差的抗弯曲能力和韧性，难以进行加工。
超硬高速钢高含量的碳使其具有较大的硬度，但是其高含量的碳，也使其容易出现韧性差的特点，出现过烧现象。
(四)高碳高铬模具钢
高碳高铬模具钢的优点在于其耐磨性、淬硬性和淬透性良好，不容易变形，属于微变形高耐磨模具钢，与高速钢相比较承载能力较差。
其缺点在于其严重的碳化物偏析，因此需要不断进行改锻、镦拔，对其不均匀性进行改变，使其使用性能得到提高[2]。
(五)基体钢
基体钢就是在在高速钢的基本成分上进行少量其他成分的添加，对含碳量进行适当增减，对钢的性能进行改善，这种钢就是基体钢。
基体钢是冷作模具钢，具有较强的韧性，具有上述钢的全部优点。
除此之外与高速钢相比，基体钢的生产成本较低，具有很高的应用价值。
(六)钢结硬度合金和硬质合金
与其他模具钢相比，硬质合金具有较高的耐磨性和硬度，因此其具有较差的韧性和抗弯强度。
钢结硬质合金是将碳化钨或碳化钛为硬质相，少量合金元素粉末加入铁粉中去作为粘合剂，按照冶金方法烧结粉末而出。
钢是钢结硬质合金的基体，可以对其进行热处理、锻造、焊接和切削。
二、热处理工艺
(一)生冷处理
在深冷处理模具钢后，可以使其力学性能得到提高，从而促进其使用寿命的提高。
可以在回火和淬火工序间对模具钢进深冷处理，深冷处理可以促进钢的抗回火稳定性和耐磨性的提高。
深冷处理不仅能使得模具冷却，还能在硬质合金和热作模具中进行使用[3]。
(二)模具的降温淬火和高温淬火
热作模具钢中部分使用了温度高于常规淬火的温度进行淬火加热，从而对钢中碳化物的形态进行改善，使其数量减少，在进行淬火之后，能够使其使用寿命延长。
(三)真空热处理
在真空热处理后，模具钢变形小，具有较好的表面状态。
其原因在于真空加热时，模具钢表面会出现活性状态，不会产生氧化膜阻止其冷却，也不会脱碳。
在进行真空加热后，脱气效果会出现在钢的表面，因此其力学性能较高，具有较高的抗弯强度和炉内真空度。
在进行真空淬火后，会在一定程度上提高钢的断裂韧性，与常规工艺相比，模具寿命会有40%以上的提高，在实际生产中，已经广泛的应用了冷却模具真空淬火技术。
(四)渗金属和渗硼
在渗硼中固体渗硼的应用最为广泛，在固体渗硼后，其表层会具有较大的抗氧化性、耐腐蚀性、硬度和耐磨性。
冷作模具是渗硼工艺最常用的对象，能够提高其耐磨性，从而促进模具寿命的提高。
对此，可以不再使用高合金钢制作模具，而选择应用中碳钢渗硼。
热挤压模等热作模具也可以使用渗硼来进行处理。
(五)高能束热处理
电子束、激光是高能束热处理的热源[4]。
可控性能好、处理环境清洁、不需要冷却介质、工件变形小、可以根据需要选择加热面积、加热速度快就是其共同特点，自动化处理能够更加容易实现，从而使得模具寿命提高，促进其应用更加广泛。
(六)化学热处理
化学惹出灵促进模具表面抗氧化性、耐蚀性和耐磨性进行提升。
在化学热处理中大多数所采用的都是工艺都是在模具钢的表面进行处理。
使用高温回火的合金钢模具，可以在回火的时候对其表面进行氮碳或液氮的共渗。
在液氮工艺中，目前使用最多的就是高频渗氮和离子渗氮等工艺。
离子液氮能够促使液氮时间缩短，获取高质量渗层。
离子液氮还能使抗热疲劳性、耐磨性、抗蚀性进行提高。
热挤压模、压铸模在氧碳共渗后能够促进其抗疲劳性能的提高。
对于冷冲模、冷挤压模、冷镦模来说，氧碳共渗的应用效果较好。
结语：
本文就常用模具材料及其热处理工艺进行了探讨，首先介绍了常用的模具材料，随后介绍了热处理工艺。
我国在研究开发模具热处理的过程中，在不同程度上推广应用了新的模具热处理技术。
在科学技术进步的过程中，我国模具热处理具有越来越精湛的工艺，这促进了我国的工业发展越来越好[5]。
【参考文献】
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[5]贾庆雪.常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法[J].金属加工(热加工)，，15：51-55.
模具材料与热处理工艺选择问题【2】
【摘 要】影响模具寿命的因素很多，其中模具材料选择不当或热处理工艺不合适，是造成模具早期失效的关键因素。
【关键词】模具材料;热处理工艺;模具寿命
0.引言
模具是一种重要的加工工艺装备，是国民经济各工业部门发展的重要基础之一。
随着工业生产的发展，对工业产品的品种、形状、数量、质量等的要求越来越高，对模具的需要量相应增加，对模具质量的要求也越来越高;模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。
模具寿命是直接影响产品质量、加工效率和成本的重要因素之一，也是衡量模具制造水平的重要指标。
模具的失效分为偶然失效和工作失效。
偶然失效是指模具因设计错误、使用不当引起模具过早破损;工作失效是指模具因正常破损而结束寿命。
总的失效形式主要以表面损伤、塑性变形、断裂为主。
影响模具寿命的因素是多方面的，其中，热处理不当约占45%，选材不当、模具结构不合理约占25%，工艺问题约占10%;润滑问题、设备问题等因素约占20%，由此可见模具材料与热处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。
1.冷冲模具材料及其热处理的选择
冷冲模具的使用寿命通常和模具的硬度、强度、耐磨度及抗冲击韧性有着直接的关系。
因此，对模具材料和热处理工艺过程的要求就更高。
对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。
1.1低淬透性冷作模具钢及其热处理
满足这些性能要求的冷作模具材料有低淬透性冷作模具钢、低变形冷作模具钢、高合金工具钢等，其中碳素工具钢是使用最多的低淬透性冷作模具钢，其特点是含碳量高，马氏体转变温度点(以下简称Ms点)低，临界冷却速度快，在快速淬火冷却时，产生热应力变形，使模具沿主导方向收缩变形，材料的含碳量越高，收缩量越大。
这种收缩会在模具内部产生很大的内应力，必须通过回火或其他的方法有效地消除内应力。
当然这种变形量的大小要受模具截面尺寸、淬火加热温度、淬火冷却方式和回火温度等因素的影响。
因此，淬火和回火工艺是影响低淬透性冷作模具寿命的主要因素。
因为碳素工具钢模具多为中、小截面(10～50mm)。
为减小淬火变形，T10A，T12A一般选择较低的淬火温度。
当采用硝盐浴或碱浴冷却时，淬火加热温度可选择810～820℃;如果是水-油冷却，加热温度为760～780℃。
对于T8A钢，根据模具截面尺寸的增大适当提高淬火温度以提高模具的淬火后硬度。
采用水淬时，对于截面厚度t小于15mm的制件，加热温度应选择800～820℃;截面厚度t在30～50mm时，加热温度应选择820～830℃。
采用硝盐浴分级淬火时，可在以上所述淬火温度上做适当调整。
碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，当回火温度超过200℃时硬度就会明显下降。
而且当回火温度在200～250℃时，会产生回火脆性，导致韧性下降。
因此，韧性要求比较高的碳素工具钢模具应该避免在此温度回火。
同时，采用250℃回火时，淬火马氏体会产生不同程度的分解，使模具产生收缩变形。
因此，为了减少收缩变形，在保证模具使用性能的条件下，应尽可能降低回火温度。
1.2低变形冷作模具钢及其热处理
低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素发展起来的，CrWMn是其典型钢种。
CrWMn钢具有高淬透性，淬火时不需要强烈的冷却，淬火变形比碳素工具钢明显减少。
但是，这类钢的变形同样受到淬火加热温度、冷却方法、回火工艺和模具截面尺寸的影响。
该钢淬火温度的选择，由于钨形式碳化物，所以这种刚在淬火及低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度。
当采用800℃加热淬火时，既能获得较高的硬度(63HRC)还可以获得较高的抗弯强度和韧性。
如果继续提高淬火温度，硬度上升但冲击韧度、抗弯强度会降低。
当淬火温度大于850℃时，硬度也开始下降。
因此，为减小变形并获得高的耐磨性，由这些钢制造的模具，其淬火加热温度不宜过高。
CrWMn钢淬火常用的冷却介质是硝盐浴和矿物油，其中硝盐浴的使用温度较高而冷却能力却比油大。
对于精度要求高的模具，根据硬度要求选择不同的温度进行等温淬火，等温时间不宜过长，等温后随硝盐浴一起缓冷。
CrWMn钢等温淬火后比普通淬火的强韧性高，对于易产生断裂的模具可采用等温淬火。
该钢淬火后于150～160℃回火，可使原来淬火后膨胀的体积产生收缩。
回火温度升高到220～240℃，又开始出现尺寸膨胀，在260～320℃回火时，会出现尺寸膨胀的最大值，而继续提高温度，变形又趋于收缩。
当CrWMn钢要获得大于60HRC的硬度时，回火温度应不超过200～220℃。
因此，在选择回火温度时应根据模具的结构、尺寸和硬度要求合理选择回火温度。
选择合理的回火温度可以最大限度地消除由淬火产生的内应力，有效提高模具的寿命。
1.3高合金工具钢及其热处理
高耐磨微变性冷作模具钢、高强度高耐磨冷作模具钢、高强韧性冷作模具钢主要是高合金工具钢，用来制造模具的常用牌号有Cr12，Cr12MoV，Cr6WV，Cr5MoV和Cr4W2MoV等。
这类钢的含碳量高，同时含有大量的碳化物形成元素，具有高的淬透性、耐磨性和热硬性。
高合金工具钢由于淬透性高淬火时不需要快速冷却，因此产生的内应力小。
高合金钢模具淬火温度的选择应首先考虑控制淬火变形。
试验证明：当淬火温度为1030～1040℃时模具的变形量最小，接近于零。
低于这个温度淬火，制件发生胀大变形;高于这个温度淬火，制件收缩变形。
淬火温度为1100℃时，收缩量会急剧增大。
为防止模具在高温下氧化和脱碳，一般应在盐浴炉中加热。
冷却方法的选择则根据模具的具体情况和要求而定。
截面尺寸大的模具可用150～200℃的油来充当淬火冷却介质，停留一段时间出油后空冷;大多数中、小尺寸的模具可以采用250～300℃的硝盐浴分级冷却;精度要求高、形状不对称的模具可以采用540～600℃的氯化盐和250～300℃的硝盐浴2次分级冷却;精度要求很高，需要严格控制变形的模具，可以采用2次分级冷却，并在硝盐浴中停留一段时间后随硝盐浴一起缓慢冷却，这样可以最大限度地减小内应力，避免模具开裂或产生细小的裂纹，从而提高模具的使用寿命。
高碳高铬钢的回火抗力高，回火时马氏体的分解和残余奥氏体的转变是影响模具尺寸变形的两个主要因素。
Cr12MV钢采用低温淬火和低温回火时，可以获得高度硬度、强度和断裂韧度;若采用高温淬火与高温回火，将获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低;而采用中温淬火与中温回火，可以获得最好的强韧性配合。
在生产中，采用何种淬回火工艺，应根据模具的工作条件来确定。
2.结论
模具材料是模具制造业的物质基础和技术基础，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命起着决定性作用。
模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。
它对模具的寿命有着直接的影响。
当热处理工艺不当时，热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等会导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，从而影响模具的工作寿命。
因此，对于不同的冷冲模具应该选择不同的模具材料以及相应的热处理工艺。
【参考文献】
[1]程培源.模具寿命与材料[M].北京：机械工业出版社，.
模具材料与热处理工艺选择问题【3】
【摘 要】随着科学技术的发展和不断提高，模具材料的热处理工艺的选择问题得到了很好的解决。
近几年，我国模具行业发展迅速，不过模具材料的水平和热处理工艺跟发达国家相比，还有很大的差距。
目前模具市场的竞争非常激烈，如何提高模具的生产质量和减少产生周期是一个很重要的问题。
延长模具的性能会带来巨大的经济效益和社会效益。
从理论上讲，模具的性能主要包括精度和表面光洁度。
【关键词】模具材料 热处理工艺 问题研究
在现阶段，模具是一种很重要的加工工艺装备，也是我国制造业发展的重要基础。
随着我国工业的不断发展，对模具材料的性能要求越来越高，对模具材料的需求也相应的增加。
模具材料的性能好坏决定着产品的质量和经济效益。
而模具的寿命对于加工效率和成本也有非常大的影响。
从理论上讲，模具的失效分为工作失效和偶然失效，工作失效指的.是模具在正常工作时发生破损而导致模具寿命的结束。
偶然失效指的是模具由于设计的错误从而导致模具过早的破损。
影响模具寿命的因素包括五点：第一热处理不当，占百45%[1]。
第二，选材不当导致模具结构的不合理，占25%。
第三，工艺问题，占大约10%。
第四，润换问题导致设备损坏，占大约20%。
由此可见，模具材料与热处理之间的关系是影响模具寿命最主要的因素。
解决热处理工艺问题是增加模具寿命的关键。
1 模具材料简介
1.1 冷作模具材料
在模具材料中，冷作模具的种类一般比较多，而且形状结构的差异也比较大。
这种模具材料的工作条件和性能不是很相同。
因此，在选择冷作模具时候，要进行综合的考虑，才能发挥材料的功能。
目前，我国常用的冷作模具材料主要分为四大类：高速钢、硬质合金、碳素工具钢和合金工具钢[2]。
1.2 热作模具材料
在模具材料中，热作模具的选用比较苛刻，热作模具通常要在600℃左右的高温下进行工作，因此对于模具材料的选择有更高的要求，模具材料的强度，硬度，耐磨性和抗冷热疲劳度都要很好。
此外，模具材料还要具备抗氧化性和抗腐蚀性。
为了更好地适应先进的加工技术，很多新设备对于模具材料的韧性也做出了比较高的要求，随着一些新型热加工技术的出现和发展，新型模具材料也应运而生。
例如，铁基高温合金、镍基高温合金和难熔合金用来做高温的热作模具材料[3]。
1.3 塑料模具材料
随着石油化工行业的不断发展，塑料模具已经成为了非常重要的工业原料。
近年来，塑料制品越来越多，因此用于制品的塑料模具消耗量也很多。
与传统的冷作和热作模具相比，塑料模具的性能更为特殊。
塑料模具具有较高的硬度，一般的耐磨性和足够的深化深度。
此外，塑料模具还有较低的耐热性，在200℃-250℃的温度下工作，塑料模具不变形，不养化，稳定性很好。
最后，塑料模具的耐腐蚀性比热作和冷作模具要好很多。
1.4 玻璃模具材料
玻璃模具材料是一种新型的模具，目前，随着科学的不断发展，很多大型公司都在研制性能更好的玻璃模具材料来代替其他模具[4]。
2 冷作模具材料及其热处理的选择
对于冷作模具来讲，其使用寿命与模具的硬度，强度和耐磨性有很大的关系。
因此，对于冷作模具的热处理工艺要求很高。
对于冷作模具材料的主要性能要求是：首先要有很好的耐磨性，高强度和足够的韧性;其次要具有很好的抗疲劳性，抗擦伤性以及咬合性。
2.1 低淬透性冷作模具钢及其热处理
满足以上性能要求的冷作模具材料包括低淬透性冷作模具钢，低变形冷作模具钢和高合金工具钢等。
在低淬透性冷作模具钢中使用最多的是碳素工具钢，其主要特点是含碳量比较高，耐热性比较好，可以在临界迅速地冷却并产生热应力的变形，这种变形可以主导模具的收缩方向。
碳素工具钢的含碳量越高，其收缩量也就越大[5]。
除此之外，碳素工具钢的收缩会导致模具内部产生很大的内应力，这种内应力必须通过回火或者其他的方法进行消除。
当然对于这种变形量的大小也要受到模具截面尺寸和淬火加热温度的影响。
因此，影响低淬透性冷作模具钢冷作模具寿命的主要因素就是淬火的工艺。
2.2 低变形冷作模具钢及其热处理
对于低变形冷作模具钢来讲，其主要是在碳素工具钢的基础上添加少量的合金元素发展起来的。
其中CrWMn是典型的钢种，这种钢结构具有很好的高淬透性。
并且在淬火的时候不需要进行强烈的冷却，淬火的变形量也比碳素工具钢要明显减少。
但是，这类钢的变形也同样受到淬火加热温度和模具截面尺寸的影响。
低变形冷作模具钢淬火温度在选择的时候，由于钨形式碳化物，这种钢在淬火低温回火时都具有很多的碳化物，并且具有很高的硬度。
当采用800℃进行加热淬火时，可以得到较高的硬度(63HRC)，还可以获得较高的抗弯强度和韧性。
如果继续提高淬火温度时，低变形冷作模具钢的硬度就会慢慢地降低，而且抗弯强度也会降低。
当淬火温度大于850℃时，硬度不断开始下降。
所以，为了减少低变形冷作模具钢的变形量和提高耐磨性，淬火的温度不宜过高[6]。
2.3 高合金工具钢及其热处理
对于高合金工具钢来讲，其主要性能与碳素工具钢有一定的区别，高合金工具钢的高强度和耐磨性都比碳素工具钢要好很多。
高合金工具钢的含碳量很高，同时还具有大量的碳化物元素，因此高合金工具钢具有很高的淬透性、耐磨性和热硬性。
高合金工具钢在淬火时候不需要进行快速的冷却，因此产生的内应力比较小。
高合金钢模具的淬火温度的选择，首先要考虑控制淬火的变形。
而冷却的方法则要根据模具的具体要求和情况而定。
高合金工具钢的回火抗力很高，因此，在回火的时候很容易导致马氏体的分解和残余奥氏体的转变，这两种转变和分解都会影响模具尺寸的变形。
因此高合金工具钢一般都采用低温淬火和低温回火。
这样可以很好地获得高强度、高韧性和高耐磨性。
此外，在模具材料生产过程中，要根据模具的工作条件来确定何种方法淬火和回火。
结语
在整个模具制造行业中，模具的材料是其物质基础和技术的基础。
模具材料性能的好坏时时刻刻影响着模具的寿命。
因此要提高模具的寿命必须要对模具进行热处理，模具的热处理工艺是保证模具性能的重要过程，与模具的寿命息息相关。
如果模具材料的热处理工艺不当，就会导致模具性能不良，例如模具的韧性，冷热疲劳性能和抗磨损性能的下降。
从而严重地影响模具的工作寿命，还会降低产品的质量。
因此。
对于不同的冷冲模具应该选择不同的模具材料以及相应的热处理工艺。
参考文献
[1]刘登发，雷根成.模具材料及热处理工艺对模具寿命影响分析与研究[J].模具技术，(2).
[2]中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会.热处理手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[3]陈雪菊，张超，陈慧.模具材料及其热处理对冷冲模具寿命的影响[J].科技信息，(2).
[4]李强.3Cr2W8V热作模具钢热处理工艺和性能研究[J].成组技术与生产现代化，(4).
[5]楼程华，孔凡志，姚建华等.半导体激光熔覆高硬度铁基合金的耐磨性能研宄[J].应用激光，2010，30(6)：470-474.
[6]Maniya Aghasibeig， Hasse Fredriksson. Laser cladding of a featureless iron-based alloy [J]. Surface and Coatings Technology. 2012， 209： 32-37.
模具钢热处理 篇3
【关键词】模具材料 热处理工艺 问题研究
在现阶段，模具是一种很重要的加工工艺装备，也是我国制造业发展的重要基础。随着我国工业的不断发展，对模具材料的性能要求越来越高，对模具材料的需求也相应的增加。模具材料的性能好坏决定着产品的质量和经济效益。而模具的寿命对于加工效率和成本也有非常大的影响。从理论上讲，模具的失效分为工作失效和偶然失效，工作失效指的是模具在正常工作时发生破损而导致模具寿命的结束。偶然失效指的是模具由于设计的错误从而导致模具过早的破损。影响模具寿命的因素包括五点：第一热处理不当，占百45%[1]。第二，选材不当导致模具结构的不合理，占25%。第三，工艺问题，占大约10%。第四，润换问题导致设备损坏，占大约20%。由此可见，模具材料与热处理之间的关系是影响模具寿命最主要的因素。解决热处理工艺问题是增加模具寿命的关键。
1 模具材料简介
1.1 冷作模具材料
在模具材料中，冷作模具的种类一般比较多，而且形状结构的差异也比较大。这种模具材料的工作条件和性能不是很相同。因此，在选择冷作模具时候，要进行综合的考虑，才能发挥材料的功能。目前，我国常用的冷作模具材料主要分为四大类：高速钢、硬质合金、碳素工具钢和合金工具钢[2]。
1.2 热作模具材料
在模具材料中，热作模具的选用比较苛刻，热作模具通常要在600℃左右的高温下进行工作，因此对于模具材料的选择有更高的要求，模具材料的强度，硬度，耐磨性和抗冷热疲劳度都要很好。此外，模具材料还要具备抗氧化性和抗腐蚀性。为了更好地适应先进的加工技术，很多新设备对于模具材料的韧性也做出了比较高的要求，随着一些新型热加工技术的出现和发展，新型模具材料也应运而生。例如，铁基高温合金、镍基高温合金和难熔合金用来做高温的热作模具材料[3]。
1.3 塑料模具材料
随着石油化工行业的不断发展，塑料模具已经成为了非常重要的工业原料。近年来，塑料制品越来越多，因此用于制品的塑料模具消耗量也很多。与传统的冷作和热作模具相比，塑料模具的性能更为特殊。塑料模具具有较高的硬度，一般的耐磨性和足够的深化深度。此外，塑料模具还有较低的耐热性，在200℃-250℃的温度下工作，塑料模具不变形，不养化，稳定性很好。最后，塑料模具的耐腐蚀性比热作和冷作模具要好很多。
1.4 玻璃模具材料
玻璃模具材料是一种新型的模具，目前，随着科学的不断发展，很多大型公司都在研制性能更好的玻璃模具材料来代替其他模具[4]。
2 冷作模具材料及其热处理的选择
对于冷作模具来讲，其使用寿命与模具的硬度，强度和耐磨性有很大的关系。因此，对于冷作模具的热处理工艺要求很高。对于冷作模具材料的主要性能要求是：首先要有很好的耐磨性，高强度和足够的韧性；其次要具有很好的抗疲劳性，抗擦伤性以及咬合性。
2.1 低淬透性冷作模具钢及其热处理
满足以上性能要求的冷作模具材料包括低淬透性冷作模具钢，低变形冷作模具钢和高合金工具钢等。在低淬透性冷作模具钢中使用最多的是碳素工具钢，其主要特点是含碳量比较高，耐热性比较好，可以在临界迅速地冷却并产生热应力的变形，这种变形可以主导模具的收缩方向。碳素工具钢的含碳量越高，其收缩量也就越大[5]。
除此之外，碳素工具钢的收缩会导致模具内部产生很大的内应力，这种内应力必须通过回火或者其他的方法进行消除。当然对于这种变形量的大小也要受到模具截面尺寸和淬火加热温度的影响。因此，影响低淬透性冷作模具钢冷作模具寿命的主要因素就是淬火的工艺。
2.2 低变形冷作模具钢及其热处理
对于低变形冷作模具钢来讲，其主要是在碳素工具钢的基础上添加少量的合金元素发展起来的。其中CrWMn是典型的钢种，这种钢结构具有很好的高淬透性。并且在淬火的时候不需要进行强烈的冷却，淬火的变形量也比碳素工具钢要明显减少。但是，这类钢的变形也同样受到淬火加热温度和模具截面尺寸的影响。低变形冷作模具钢淬火温度在选择的时候，由于钨形式碳化物，这种钢在淬火低温回火时都具有很多的碳化物，并且具有很高的硬度。当采用800℃进行加热淬火时，可以得到较高的硬度（63HRC），还可以获得较高的抗弯强度和韧性。如果继续提高淬火温度时，低变形冷作模具钢的硬度就会慢慢地降低，而且抗弯强度也会降低。当淬火温度大于850℃时，硬度不断开始下降。所以，为了减少低变形冷作模具钢的变形量和提高耐磨性，淬火的温度不宜过高[6]。
2.3 高合金工具钢及其热处理
对于高合金工具钢来讲，其主要性能与碳素工具钢有一定的区别，高合金工具钢的高强度和耐磨性都比碳素工具钢要好很多。高合金工具钢的含碳量很高，同时还具有大量的碳化物元素，因此高合金工具钢具有很高的淬透性、耐磨性和热硬性。高合金工具钢在淬火时候不需要进行快速的冷却，因此产生的内应力比较小。
高合金钢模具的淬火温度的选择，首先要考虑控制淬火的变形。而冷却的方法则要根据模具的具体要求和情况而定。高合金工具钢的回火抗力很高，因此，在回火的时候很容易导致马氏体的分解和残余奥氏体的转变，这两种转变和分解都会影响模具尺寸的变形。因此高合金工具钢一般都采用低温淬火和低温回火。这样可以很好地获得高强度、高韧性和高耐磨性。此外，在模具材料生产过程中，要根据模具的工作条件来确定何种方法淬火和回火。
结语
在整个模具制造行业中，模具的材料是其物质基础和技术的基础。模具材料性能的好坏时时刻刻影响着模具的寿命。因此要提高模具的寿命必须要对模具进行热处理，模具的热处理工艺是保证模具性能的重要过程，与模具的寿命息息相关。如果模具材料的热处理工艺不当，就会导致模具性能不良，例如模具的韧性，冷热疲劳性能和抗磨损性能的下降。从而严重地影响模具的工作寿命，还会降低产品的质量。因此。对于不同的冷冲模具应该选择不同的模具材料以及相应的热处理工艺。
参考文献
[1]刘登发，雷根成.模具材料及热处理工艺对模具寿命影响分析与研究[J].模具技术，2008（2）.
[2]中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会.热处理手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[3]陈雪菊，张超，陈慧.模具材料及其热处理对冷冲模具寿命的影响[J].科技信息，2004（2）.
[4]李强.3Cr2W8V热作模具钢热处理工艺和性能研究[J].成组技术与生产现代化，2010（4）.
[5]楼程华，孔凡志，姚建华等.半导体激光熔覆高硬度铁基合金的耐磨性能研宄[J].应用激光，2010，30（6）：470-474.
模具钢热处理 篇4
1 材料成分分析
5CrMnMo钢的化学是一种主要含有0.6%～0.9%Cr、1.2%～1.6%Mn、0.15%～0.3%Mo等合金元素的合金热作模具钢。由于5CrMnMo钢中具有0.4%～0.6%的碳及Cr、Mn、Mo等3种合金元素,故其具有较高的淬透性,经热处理可获得较高的强度、硬度、耐热疲劳性,同时具有较好的耐磨性及韧性[1,2]。
2 模具形式与制作
由于5CrMnMo钢回火具有不稳定性,通常在边长400～500mm的中小型锻模中使用较为普遍,有时也用于制作稍大的锤锻模具[3]。在制作5CrMnMo钢热作模具时一般经过下料、锻造、退火、粗加工、调质、精加工及淬火加回火,然后经研磨最后形成模具。其中,锻造开始温度在1 050～1 100℃,并且在820～850℃终止锻造。采用加热850～870℃保温5～6h,然后随炉冷却到500℃以下的完全退火工艺,采用这样的退火工艺主要目的是降低毛坯锻件的硬度,消除锻后内应力,并使偏析和组织不均匀性得到改善[4]。
3 热处理及裂纹分析
3.1 热处理工艺
5CrMnMo模具钢的淬火工艺根据模具的形状尺寸不同略有差异,以某厂生产的模具为例,在完成锻造后经预退火处理,采用2个热处理工艺进行处理。
3.1.1 工艺方案一。
淬火工艺如图1所示,淬火前经过700～740℃一次预热,然后在840～860℃保温,淬火保温时间按照T=0.8/mm×h(其中h为模具高度,单位mm)的经验公式计算确定[4],淬火冷却时先预冷至750～800℃,再油冷至150～200℃[5],淬火冷却时间按照T=1.2min/mm×模块体积(mm3)/模块表面积(mm2)的经验公式计算确定[6]。回火工艺如图2所示,经淬火冷却到150～200℃出油后立即入炉升温到470～490℃保温,出炉空冷,这是5CrMnMo模具钢正常情况下热处理工艺。
3.1.2 工艺方案二。
淬火工艺如图3所示,淬火前分别经过500～520℃和700～740℃两次预热,然后在890～910℃保温,淬火冷却时先预冷至760～780℃,再油冷至200～220℃。回火工艺如图4所示,经淬火冷却到220℃出油后立即入炉经过460～480℃和400～420℃两次保温,出炉空冷的回火处理。淬火和回火保温时间仍然按照经验公式计算确定,这是5CrMnMo模具钢在较高温度下的热处理工艺。
3.2 裂纹形式
热处理时金属零件可能产生热应力或者组织应力,当应力超过材料的破坏断裂极限时,就可能产生裂纹,这种裂纹就是热处理裂纹。这是由于材料内部存在白点、夹杂、残余的缩孔等缺陷,或者结构形式上存在尖锐的棱角以及表面残留有加工残余毛刺等,容易引起应力集中;也可能由于热处理工艺不当形成抗裂性能较差的组织或者晶粒粗大引起脆性开裂。通过分析,发现钢件在热处理特别是淬火阶段发生的裂纹,其断口形貌呈现灰亮色的光泽,故属于脆性断裂。这种裂纹是在没有其他外力作用下产生的,由此推断引起淬火裂纹的力学作用实质并非单纯的热应力,而是组织应力[7]。
对于5CrMnMo钢制作的模具经热处理后,其裂纹主要发生在模具的模槽棱角处和模具的内腔部位,其表现形式有贯穿性裂纹和表面裂纹,放大观察其断口形貌为平整的结晶状脆性断口。
3.3 组织及裂纹分析
淬火后获得的马氏体组织形态一般可有两类,一类是片状(针状)马氏体(见图5),其形态类似相互交叉的针状或竹叶状,由于亚结构为微细孪晶,又称孪晶马氏体。这类马氏体在形成过程中以极大的速度彼此撞击,在内部容易产生穿过马氏体片或沿马氏体边界的显微裂纹。另一类是板条状马氏体(见图6),由于亚结构为高密度的位错胞,又称位错马氏体[8]。由于板条马氏体的位错松弛作用可以消减裂纹扩张应力,板条马氏体组织的韧性和抗裂纹性能明显高于片状马氏体[9]。
5CrMnMo模具钢经工艺方案一淬火后获得的热处理组织基本上是针状的马氏体,如图7所示[8,10]。当模具尺寸较大时,由于5CrMnMo模具钢中锰的含量较高使其导热性降低,因此在淬火时,当表面温度降低时,心部仍有较高的温度,模具入油冷却到150～200℃时,表面转变为针状马氏体,在模具表面形成的拉应力可能致使针状马氏体发生纵向裂纹。心部尚未转变的残余奥氏体,在入炉回火后得到珠光体或者较粗大的上贝氏体组织,而上贝氏体组织由于在铁素体层间分布有碳化物,对裂纹的阻力减小,从而降低材料的韧性,在应力作用下容易产生“贝氏体脆性”[9,10]。如果模具的尺寸不是很大,经过淬火后得到片状马氏体,其形态是表面较心部粗大,而且淬火冷却时的残余奥氏体沿着马氏体束之间小块的分布[11]。总之,不恰当的热处理工艺可能引起5CrMnMo模具钢的裂纹倾向。
5CrMnMo模具钢经工艺方案二淬火后获得的热处理组织基本上是版条状的马氏体,如图8所示[11]。该工艺的淬火方案温度较高,并经两次预热升温。对于较大尺寸的模具,在淬火冷却时仍然表现为表面奥氏体首先转变为板条状马氏体,心部可能保留有部分残余奥氏体。因提高了淬火加热温度,奥氏体中碳化物数量和偏析程度有所减少,并使碳化物能够较充分溶解和更加均匀,在冷却到200～220℃时,立即转入回火炉经过两次回火,得到板条状回火马氏体和下贝氏体的混合组织,这两种组织使得模具的强韧性和耐疲劳性能大大提高。但是,由于加热温度较高也致使材料的奥氏体晶粒粗大,有降低韧性增大脆性的趋势。但是,由于在淬火时粗大的残余奥氏沿着马氏体片分布,能够较好地消减淬火裂纹的扩展。故而在这种情况下,能很好地避免模具的热处理裂纹产生。
4 结语
5 CrMnMo模具钢在热处理时有产生裂纹的倾向,特别是制作尺寸较大的模具时,可能由于表层和心部冷却不均造成较大的组织应力而开裂。要减少或者避免模具的热处理裂纹,在制定热处理工艺方案时,需要考虑以下因素:①淬火加热时至少2次预热,使模具受热均匀减少热应力;②适当提高加热温度以获得较多的板条状马氏体组织,或者板条状马氏体和下贝氏体的混合组织;③淬火前增加一次预冷,并且淬火后立即入炉进行回火;④增加回火次数。因此,在合适的工艺条件下,能够有效地避免和减少热处理裂纹的产生。
参考文献
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[2]朱国飞.5CrMnMo钢的强韧化处理及应用[J].江西煤炭科技,2008(4):71.
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模具钢热处理 篇5
近年来，伴随着制造业的迅速发展，我国的模具工业一直以15%左右的增速快速发展，在世界模具产值中所占比例显著提高。模具制造的首要问题是模具材料。制造模具及其零件的材料有很多，如钢，铸铁，非铁合金及其合金、高温合金、硬质合金、钢结硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。但其中钢是用的最多，应用范围最广的材料。目前我国模具用钢广泛，除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有20余种，而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。
一．模具钢的分类及发展
模具用钢主要分三大类，冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢。
目前我国常用的冷作模具钢仍多是碳素工具钢（T7A、T8A、T10A、T12A）、低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr12、Cr12MoV、高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等传统的典型钢种，不过也引进。研制了多种新的钢种以适应不断提高的要求。
热作模具钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等。随锻压机械能力的加大、加工件形状的复杂化，尤其是被加工材料加工难度的增大，如加工钛合金、高合金钢、不锈钢和耐热钢，模具趋向大型化、高性能。对热作模具用钢性能的要求也越来越高，传统的热作模具钢5CrNiMo和5CrMnMo钢由于热强性、热稳定性较低、易龟裂和塌陷，使用寿命短。3Cr2W8V钢由于钨含量高、耐热振性较差、易热疲劳，导致龟裂等缺陷。近年来，一些具有较高的热强性、高的热疲劳性和良好的韧性的新型热作模具钢相继问世。
由于塑料模具的快速发展，目前塑料模具材料已逐渐形成了较独立的体系,但国内塑料成型模具材料尚未形成系列，一般塑料模具常采用正火态的45钢或40Cr钢经调质制造。硬度要求较高的塑料模具采用CrWMn或Cr12MoV等钢制造。近年来，我国新型塑料模具钢的研制取得了一定进展，并引进了一些在国外已通用的钢种，以满足塑料模具钢多方面的性能要求。
二．冲裁模
冲裁模具，是在冷冲压加工中，将金属或非金属加工成零件或半成品的一种特殊工艺装备。是沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。
当被冲裁加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。
所以在制造冲裁模具的材料应有一定的选择，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。
1.碳素工具钢：在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。
2.低合金工具钢：低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等。
3.高碳高铬工具钢：常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1，它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。
4.高碳中铬工具钢：用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。
5.高速钢：高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。
6.基体钢：在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si、5Cr4Mo3SiMnVAL等。
7.硬质合金和钢结硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。
8.新材料：冲裁模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。
为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。
模具钢热处理 篇6
关键词：热处理技术；模具制造；应用
引言
模具是一种制造用的模型，模具的制造程序可以分为多种类型的机械制造和热制造两道程序，众多类型程序中都用到了热处理技术，可以说热处理被应用在模具制作的整个过程，对模具进行加热处理可以增强模具的性能。采用同种结构的模具材料和结构及相同的客观条件，运用了热处理就能使模具的材料得到充分利用，且能够增加模具的使用时间。如果应用不正确的热处理方式，不仅不能弥补原有的材料缺陷，还会使缺陷加大，进而导致整个模具的变形，所以，热处理技术对模具的制造起着重要的作用。本文将讲述热处理技术的含义，热处理技术对模具的制造的重要意义及热处理技术在模具的制造中的应用进行论述。
1.热处理技术的含义
热处理是通过把某些金属在特定环境下进行加热、保持恒温，然后冷却等一系列方法，从而是金属表面或内在结构发生变化，进而达到改变性能的技术。模具热处理大致分为模具制作前的热处理、最后热处理和表面修整处理。前期热处理为后期成品热处理打下基础，为提高模具产品的加工性能做准备；最后热处理是对模具进行回火处理来加大模具的强度、硬度和韧度；对模具的表面修整处理是通过对模具施加某些化学和物理作用改善模具性能，进而达到模具表面更加完好。热处理的手段包括退火、正火和淬火。退火依据不同材料应用不等的时间，慢慢冷却产品，使其接近金属的内部组织，取得良好的性能。正火是加热工件后使其在空中冷却，通过正火达到的内部组织更细腻，因此，正火经常用来改善工料削割性能。淬火是把工件在油、水等某些物质介质力冷却，冷却耗时短，淬火和回火经常结合一起使用。
2.热处理技术对模具的制造起重要作用
在模具制作前期，对模具进行预热处理严重影响着模具的性能，所以，前期热加工处理是整个热处理过程重要组成之一，对整个热处理工程起基础性作用，如果前期没有做好预备处理，很难做好后期的最终处理。随着制造业的快速发展，用模具来进行加工制造的产品越来越多，据相关部门统计调查显示，电器制造业、机电产品行业百分之八十都应用模具技术，模具的研究和制造必须快于制造业的发展，有好的模具产品，才为制造业的发展打下坚实基础。热处理技术被越来越多人所重视，热处理技术有效控制模具产品精度、强度乃至模具制造成本，如果前期热处理没有做好，模具内部组织不均及热处理不充分将使后期模具的热处理加工使用中变形，进而精度降低，最严重的导致模具报废。热处理是众多机械领证制造过程中不可或缺的一道工序，它可以有效改善毛坯的组织，利于各种工具冷却或者热加工。
3.热处理技术在模具的制造中的实际应用
3.1.真空热处理的技术普遍应用在模具制造过程中。早在20世纪80年代，热处理就已被逐步系统化，主要是模具的真空热处理，模具表面完善和硬化材料，真空处理渗透了新的理念，为好品质的模具生产提供了技术保证。真空热处理最大的特点是在增强产品韧性、强度等方面，应用真空对产品进行处理，有效防止加热时产生氧化现象，同时因为真空加热过程比较慢，产品内部和外部温差不大，这就使得产品变形的几率很小，从而大大提高了产品的精确度。热处理技术也应用与真空的油冷淬火和气冷淬火工艺中，对于经过真空淬火的产品可直接进行回火，进而提高产品的耐腐蚀性能及表面强度。
3.2.模具表面处理技术离不开热处理。在实际使用模具过程中，模具的表面性能方面对其整个的性能和寿命来说也非常重要，例如：抗耐磨性、抗腐蚀性都决定着模具产品使用寿命，模具材料的好坏对这些性能起着一定作用，但并不能完全决定性能的好坏，其中起着关键作用的还有对表面的处理技术，因此，表面处理技术不容被忽视。通过对模具表面进行表面涂抹或者综合处理，不断改善表面形态，改变内部结构，增强应力能力，以达到理想的表面性能。表面的处理方法分很多种，通过化学方面、物理方面和机械方面等。
3.3.渗氮技术和渗碳技术对模具性能的提高起很重要作用。渗氮技术有多重方式，如通过液体、气体渗氮等，渗氮技术可以促进模具形成良好的表面，渗氮技术可以喝模具的淬火技术协调搭配进行，因为氮气温度较低，不需要进行太多的冷却工作，对模具产生的变形很小，所以，渗氮技术一直被广泛用在模具制造业，用于完善模具的表面。渗碳技术可以有效提高模具韧性，增加模具表面硬度，·低，可以采用渗碳技术替代价格较高的模具材料，进而降低总的模具制造成本。也正因此，渗碳技术一直得到人们的青睐。
3.4.硬化膜的沉积技术
硬化膜的沉积技术早在80年代就被人们所应用，早期是在刀具、量具等上面被广泛采用，为不断增加膜间表面的磨合强度，近几年出现了很多种增强型技术，硬化膜技术与其他技术相比起来，成本相对较高，因此，主要用于对精度要求较高的模具制造。通过对模具表面进行处理，适当调整模具的成本，增强其内部的韧性，节约相关的合金元素，挖掘材料的使用潜力，及今后更好的利用新材料，模具表面的强化工作所耗成本随低，但对它的使用寿命却有很大帮助。
4.结束语
不同类型的模具要求完全不同的工作条件，对模具的材料要求也有所不同，采用正确的热处理工艺对模具的制造起着至关重要作用，不断挖掘模具材料的潜力，朱勇提高模具的使用年限。在当今经济快速发展的时代，身为制造大国，节能环保地推进制造业发展越来越受到人们的重视，因此，要大力研究和发展热处理技术，使热处理为机械制造业节能减排。
参考文献：
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模具钢热处理 篇7
随着中国塑料工业的迅速发展, 市场对大型塑料模具钢, 尤其是P20钢的需求量日益增加。P20塑料模具钢的冶金生产工艺简便, 成材率高, 在预硬化硬度范围之内有较好的加工性能, 淬透性好, 可以使大截面的钢材获得均匀的硬度, 尤其是镜面抛光性能明显优于普通碳素钢和低合金钢, 可以广泛应用于制造大型塑料模具和高精度复杂型腔塑料模具[1]。传统热处理工艺是淬火/正火+回火, 这样不仅工序多, 同时也带来能源损失、工人劳动强度大等问题。因此, 在模具钢生产中采用控轧控冷+低温回火的工艺是很好的节能途径。在小试样实验的基础上, 对P20钢控轧控冷后直接回火的生产可行性进行了分析和研究。
1工艺试验对比
1.1实验材料及方法1.1.1实验材料
采用南京钢铁联合有限公司中板厂生产的P20钢, 其化学成分如表1所示。
1.1.2实验方法
相变点的测定采用热膨胀仪, 按照GB5056-1985测定钢的相变点, 加热速度为200℃/h, 实验测出的Ac1及Ac3分别为740, 800℃。
将热轧态试样进行不同温度淬火, 淬火温度为:820, 860, 900, 940℃, 保温时间为40 min。对淬火后的试样进行不同温度回火, 回火温度为:400, 500, 550, 600℃。为了模拟大生产中钢板热处理工艺及钢板性能, 还做了热轧态直接回火实验。将按照上述工艺处理后的试样制成金相试样, 用硝酸酒精腐蚀后在光学显微镜下进行组织观察, 并用洛氏硬度计测定各个试样的洛氏硬度。
1.2实验结果与讨论
1.2.1淬火温度对组织和硬度的影响
如图1所示为P20在不同淬火温度下的组织, 油淬组织为针状马氏体和残余奥氏体。随着淬火温度的升高, 晶粒逐渐粗化。820℃加热后油冷淬火, 马氏体上分布的黑色针状物为托氏体组织, 由于淬火冷速不足, 马氏体的针叶不明显, 工件的淬火温度偏于下限, 奥氏体的合金化不够充分, 淬火后马氏体连成一片, 呈灰白色。860℃加热淬火, 淬火马氏体中夹有羽毛状分布的上贝氏体, 主要是因为冷却速度不够快, 致使部分过冷奥氏体发生等温转变。在900℃加热淬火, 由于加热温度适当, 奥氏体合金化充分, 得到中等的针状马氏体组织, 马氏体有明显针状。
从表2可知, 在淬火温度小于900℃时, 随温度升高, 钢的硬度增加, 当淬火温度为820℃, 硬度值可达HRC50.6, 以后随着淬火温度的升高, 硬度值的变化趋于稳定。马氏体是淬火状态的P20钢的基体组织, 硬而脆, 在淬火工件中有很大的组织应力和热应力, 必须对淬火钢进行回火[3]。
1.2.2回火温度对淬火组织和硬度的影响
将在900℃油淬的试样进行不同温度的回火, 保温40min后, 制成金相试样进行组织观察。如图2所示为不同温度的回火组织。回火过程中, 随着回火温度的升高, 马氏体板条的尺寸逐渐增加, 析出了些弥散分布的小的碳化物颗粒, 在550℃ (如图2 (c) 所示) 有些碳化物颗粒开始长大。随着回火温度的升高, 板条的不断加宽是由于中碳钢淬火所得板条马氏体存在大量位错, 在回火过程中发生回复与再结晶;回复初期, 部分位错其中包括小角度晶界, 即板条界上的位错将通过滑移与攀移而相消, 使位错密度下降。部分板条界消失, 相邻板条合并成宽的板条, 剩下的位错将重新排列, 逐渐转化为胞块。在温度足够高时, 合金元素已具有足够的活动能力, 故有可能形成合金碳化物, 且随着温度升高, 已形成的碳化物会聚集长大[2]。
如表3所示为不同回火温度下的硬度, 可以看出, 随着温度升高, 回火硬度呈下降趋势。到550℃时下降速度加快。回火过程中的强化因素是第二相沉淀强化, 即回火过程中不断析出弥散细小的碳化物。回火过程中, 随着回火温度升高, 弥散析出的碳化物发生聚集长大, 碳化物数量减少, 且长大会与基体失去共格, 故强化效应减少。温度不断升高的回火过程中, 硬度呈下降趋势, 是由于软化因素始终大于强化因素所致。但软化因素在逐渐增强, 强化因素先增强再减弱, 550℃以后软化因素占更主要的地位, 故硬度较550℃以前下降更快[4]。
1.2.3回火温度对热轧组织和硬度的影响
将热轧态试样进行不同温度的回火, 制成金相试样进行组织观察。如图3所示为不同温度的回火组织, 由于采用轧后控制冷却得到贝氏体组织, 经低温回火后得到回火贝氏体。贝氏体回火后的碳化物比回火索氏体的尺寸要小, 这是由于贝氏体铁素体位错密度和碳含量均低, 而位错又是碳化物优先形核处和碳原子扩散的通道, 所示贝氏体铁素体中碳化物不易形成和长大[2]。
由表4可以看出, 粒状贝氏体回火温度对硬度的影响与马氏体回火温度对硬度的影响类似。粒状贝氏体回火过程中的强化因素、软化因素与马氏体相同。由于贝氏体铁素体中碳的过饱和度比马氏体小, 其析出温度比马氏体要高。且低温回火时, M/A岛的分解才刚刚开始, 铁素体基体在400℃以前没有明显的转变, 对硬度影响不大。故低温回火时, 硬度变化比较平缓。在400℃以后, 岛中马氏体分解, 及铁素体基体转变的软化因素占主要地位, 故硬度开始下降[2,5,7,8]。
2工业试制
工业生产中, 30mm的钢板上冷床后待表面温度降为400℃时下线。热轧态钢材截面硬度HRC36~38, 金相组织如图4 (a) 所示, 为贝氏体。经过低温回火后钢材截面硬度HRC33~34, 金相组织见图4 (b) 所示, 为回火贝氏体组织。采用正火轧制+低温回火工艺, 钢材截面硬度均匀, 满足模具钢的使用硬度要求, 冲击性能良好[7,9,10]。
3结论
(1) 在P20中添加微量的硼延长了铁素体相变孕育期, 抑制铁素体生成, 提高淬透性, 使厚板的截面硬度更加均匀, 具有很好的应用价值[6]。
(2) P20经过900℃淬火后, 在不同温度下回火过程中, 随着回火温度升高, 马氏体板条的尺寸逐渐增加, 析出了些弥散分布的小的碳化物颗粒, 在550℃时有些碳化物颗粒开始长大。随着温度升高, 回火硬度呈下降趋势, 到550℃时下降速度加快。
(3) 现场试制采用控轧控冷+低温回火工艺, 其组织为回火贝氏体组织, 在此状态具有良好的强韧性和足够的硬度, 洛氏硬度32~36之间。通过正火轧制代替离线正火, 可以为企业带来很大的经济效益和社会效益。
参考文献
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模具钢热处理 篇8
在塑料模具上, 用5CrNiMo热作模具钢制作的推杆是在机械载荷和工作温度交变的条件下工作。为了提高其抗疲劳性, 必须通过热处理途径使之具有高的热疲劳抗力、高的屈服点、高的断裂韧度、抗氧化性和抗热疲劳性。经过生产实践, 研究了一整套稳定的5CrNiMo氮碳共渗钢制的热处理工艺, 其性能完全达到了上述要求。热处理后心部硬度为HRC40～46, 气体氮碳共渗后的表面硬度为HV900以上。
2生产工艺流程
推杆规格准16mm, 长100～400mm。制作推杆的原材料状态为退火材, 其生产工艺流程:原材料切断→粗加工→淬火回火→杆部精加工→表面气体氮碳共渗→头部退火→检查。
3热处理
采用哈尔滨松江电炉厂生产RQ3-105-9型井式气氛炉进行处理, 由于推杆是长杆状, 故淬火、回火采用上吹入下吹出方式冷却。加压冷却时的压力为0.16MPa, 推杆整个操作过程全部自动完成。对5CrNiMo钢, 为了减少模具热应力和促进奥氏体的均匀化, 在达到奥氏体温度前, 必须采用分段预热, 所以升温时采用过程550℃×50min和850℃×40min两端预热, 另外在升温过程中为增加流传热及防止在高气氛下铬元素的蒸发, 必须向炉内回充氮气纯度99.990%以上的氮气。对推杆, 在升温过程中回充氮气的炉内压力为266MPa, 以提高加热效率。
通常5CrNiMo钢的奥氏体化温度范围为1000℃～1030℃为最佳。在此温度下所得的晶粒度为ASTM9级, 我们采用淬火工艺为550℃×50min+850℃×40min+1030℃×90min, 淬火时采用的氮气压力为0.16MPa, 冷却工艺曲线图如图1。由于5CrNiMo钢含有较多的铬, 具有优良淬透性和淬硬性, 在620℃～650℃回火的硬度仍保持HRC45的水平, 采用两次回火其回火工艺为550℃×220min+630℃×220min, 回火采用的压力为-0.045MPa, 回火工艺曲线如图2。淬回火处理后, 推杆的淬火硬度为HRC54～58, 回火硬度HRC42～47。
井式气氛炉的优点是工件变形小, 使用寿命长, 推杆最终得到心部硬度为HRC42～44。具有良好强度和韧性配合, 同时5CrNiMo钢制推杆有高的抗回火能力、屈服点和断裂韧度。
4表面气体氮碳共渗处理
氮碳共渗在哈尔滨生产气氛井式炉进行。工件渗氮后的表面颜色为均一的银灰色, 有效渗层厚度为0.03～0.04mm, 化合物层厚为0.002～0.003mm, 表面硬度在HV900以上。氮碳共渗过程完毕后, 开动鼓风机, 向炉膛内鼓入冷风, 加速工件的冷却, 以减少脆性相, 降低渗层脆性。该炉全部自动运行。推杆的氮碳共渗介质为氨气和甲醇, 工艺为570℃×1.8h, 工艺曲线如图3。
推杆经氮碳共渗后, 表面硬度>HV900, 耐磨性高, 与调质、高频淬火的推杆相比较, 磨损失重可分别减少1-2个数量级或成倍降低, 氮碳共渗后疲劳极限比渗碳以及高频淬火提高25%～35%。氮碳共渗后的推杆表面具有抗大气、雨水 (与镀锌、发蓝相当) 及抗海水腐蚀 (镀镉相当) 性能。
摘要：研究和确立了模具钢5CrNiMo热处理及气体氮碳共渗工艺, 从而提高了推杆的热疲劳强度、屈服点、断裂韧度和耐热磨损性, 充分发挥了热处理及气体氮碳共渗的工艺特点和优势。
关键词：热作模具,淬火,回火,气体氮碳共渗工艺
参考文献
[1]机电部.模具材料与热处理[M].北京:机械工业出版社, 1993.
模具热处理工艺及使用寿命 篇9
模具在金属切削加工过程中, 为改善切削加工性能及获得最终的综合力学性能, 一般都要经过预先热处理和最终热处理。金属切削加工前的热处理称为第一热处理或预备热处理。金属切削加工后, 为达到模具的使用性能要求, 需要进行热处理, 称为最终热处理或第二热处理。在生产中, 热处理工艺的安排是根据模具的材料和技术要求而定的, 同时对模具的最终力学性能起着决定性的作用。因此合理安排热处理工序对降低产品成本, 减少废品, 提高模具质量尤为重要。下面就结合我公司情况对几种材质模具热处理工艺安排情况介绍如下。
预先热处理
预先热处理一般安排在金属切削加工前, 或金属切削加工后最终热处理前, 预先热处理目的主要集中在几个方面:改变毛坯或原材料的硬度以改善切削加工性能;消除毛坯或金属切削加工中的应力;改善内部组织, 使组织均匀。由于大多数模具毛坯是采用锻造方法获得, 锻造后晶粒较粗大、组织不均匀、内应力较高、金属切削加工困难, 因此通过预先热处理应达到组织均匀, 细化晶粒、消除残余应力, 改善化学成分的偏析和组织的不均匀性, 从而改善组织和力学性能, 并为最终热处理作好组织准备。
模具钢的预先热处理一般为退火, 根据模具选材的不同、使用性能的不同采用退火的方式也不一样, 因此预先热处理可采用完全退火、等温退火、去应力退火等方法。
1.完全退火
对于中碳合金钢的热作模5CrMnMo和5CrNiMo, 一般毛坯锻造后为消除内应力, 降低硬度, 便于金属切削加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性, 通常采用完全退火, 即将锻件加热到A c3以上30～50℃, 经过保温使钢的组织全部奥氏体化, 然后随炉缓冷400～500℃, 取出空冷。完全退火的目的是消除锻造过程中造成的粗大不均匀组织和魏氏体组织, 使晶粒细化, 同时消除了锻件内的残余应力并降低了硬度, 便于金属切削加工。若锻件沿晶界出现网状碳化物时, 则先进行正火处理, 消除网状碳化物, 然后进行完全退火。
2.等温退火
适用于高碳高合金冷作模具钢如T10A、9M n2V、9S i C r、GCr15、Cr12、Cr12MoV及热作模3C r2W8V等, 退火温度同完全退火, 其目的与完全退火和球化退火目的也相同, 即将锻件加热到A c3 (亚共析钢) 或A c1 (过共析钢) 以上20～30℃, 经过一定时间的保温, 然后急速冷却A r1以下, 在这个温度下作等温停留, 使奥氏体向珠光体转变, 然后炉冷500～600℃, 取出空冷。等温退火主要适用退火周期较长的合金钢。另外, 等温退火后的珠光体是恒温得到的, 锻件能获得内外一致的组织, 因而普遍使用。
3.去应力退火
对于一些形状复杂、厚薄相差大, 有尖锐钝边、易变形开裂的工件, 常在金属切削加工后, 为消除应力, 常采用去应力退火, 以减少构件内部应力, 避免制件开裂, 然后进行金属切削加工或在淬火前安排此工序。
最终热处理
各类冷作模及热作模在半精加工后, 磨削加工前都要进行淬火及回火处理。淬火是将工件加热到Ac3或Ac1以上某一温度, 保持一定时间, 然后以适当速度冷却的热处理工艺, 其目的是提高模具材料硬度、强度和耐磨性。回火是为了消除应力, 提高韧性、稳定组织和保证模具尺寸的目的。
1.冷作模具热处理
冷作模具根据其性能要求, 应具有高的硬度和耐磨性, 有足够的抗弯强度和韧性, 模具一般为共析钢和过共析钢, 如T10A、9M n2V, 9S i C r、G C r15、C r12及C r12M o V。另外, 形状复杂的冷作模, 要求钢的热变形要小, 对于挤压模还要求一定的红硬性, 因此不同类型的冷作模的热处理工艺是根据模具的性能不同而采用不同的工艺方法。对于冷作模具的淬火质量要求在于能否得到淬硬组织和最小的热处理变形, 因此在可能的条件下适当提高冷作模的淬火加热温度, 合理选择淬火介质, 以获得较深的淬硬层和较少的热处理变形, 这是模具热处理的关键。
冷作模的加热速度和方法, 应根据模具大小和形状来确定, 小型模具可盐浴加热, 大型模具可用箱式炉加热并具有防止脱碳的措施。模具冷却采用油、盐浴、碱浴和硝盐等, 具体选用何种介质, 应根据模具材料、性能要求、技术条件来决定。
冷作模淬火后应及时回火, 回火温度根据冷作模的硬度要求来定, 并结合模具材质, 使用要求合理的选择回火温度, 如9SiCr回火稳定性差, 高于180℃回火时, 硬度下降很大, 故回火温度应在160～170℃, 回火时间1.5～2h。而C r12M o V一般采用980～1030℃淬火, 如希望得到较高的硬度, 淬火温度可取上限, 这样处理钢中的残余奥氏体量在20%左右。回火温度一般在200℃, 回火温度升高时硬度降低, 但强度和韧性提高。采用1050～1080℃的淬火温度, 淬火后钢中有大量残余奥氏体, 硬度比较低。然后采用较高的温度 (490～520℃) 回火并多次进行, 硬度可提高到60～62HRC。
2.热作模具热处理
热作模具根据其工作条件和性能要求决定了自身的热处理工艺特点。热作模是使热态金属获得所需要的形状的模具, 包括热锻模、热顶锻模、热挤压模。热作模在工作过程中要承受冲击载荷、压应力、弯曲应力、模腔与炽热金属有强烈的摩擦及反复体积变化。模具要求具有一定的硬度和足够的耐磨性, 高温下保持高的强度和冲击韧性、导热性、抗疲劳抗力并具抗氧化性及耐腐蚀的能力。为赋予热作模上述力学性能, 模具要进行淬火及高温回火, 使基体获得屈氏体或回火索氏体组织, 以保持较高的韧性。另外, 由于热变形模具钢W、M o、V等碳化物在回火时析出, 产生二次硬化, 使模具钢在较高温度下仍然保持相当高的硬度, 这是热变形模具钢正常工作的重要条件。因此热作模的淬火温度应根据模具的用途和材料来定, 但也不是一成不变的, 如5C r M n M o热锻模常规淬火热处理工艺温度840～860℃, 而为了提高模具的寿命, 通常提高模具的淬火温度, 即对上述常规热处理工艺进行调整, 在其他工艺参数不变的条件下, 将淬火温度提高至950℃, 模具的使用寿命能提高2.5倍, 这主要是因为过热淬火改善了模具的韧性。
为减少热作模具的淬火变形, 可采用淬火冷却前进行预冷, 然后空冷或中温盐浴。为彻底消除内应力, 根据材质的不同采用不同的回火温度回火两次, 回火时间1～2h。有些热作模为避免回火脆性, 如3C r2W8V回火油冷后, 还要增加160～200℃补充回火一次。
工艺路线安排
各类冷作模、热作模为获得良好的综合力学性能, 减少内应力、获得要求的表面质量, 一般工艺过程必须都经历预先热处理、金属切削加工、最终热处理等工序。
冷作模等温退火后的珠光体是恒温得到的, 毛坯能获得内外一致的组织, 我们通常采用的工艺路线为:
(1) 简单模具等温退火、金属切削加工、淬火、回火、金属切削加工 (磨削) 。
(2) 对于一些形状复杂、厚薄相差大, 有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用等温退火、金属切削加工、去应力退火、金属切削加工、淬火、回火、金属切削加工 (磨削) 。
热作模为便于金属切削加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性, 通常采用完全退火或正火加完全退火进行预先热处理, 因此对简单模具采用完全退火、金属切削加工、淬火、回火、金属切削加工 (磨削) 。对于一些形状复杂、厚薄相差大, 有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用完全退火 (或正火加完全退火) 、金属切削加工、去应力退火、金属切削加工、淬火、回火、金属切削加工 (磨削) 。
结语
总之, 由上所述预先热处理及最终热处理工艺方法对于改善模具组织结构、提高金属切削加工性能、增加工件的使用寿命尤为重要。模具应根据材质及使用性能, 选择合理的热处理工艺方案, 并根据模具具体情况在工艺路线中合理安排, 但这也不是一成不变的, 对于同一材质的不同模具, 又可采用不同的热处理方法, 不同的工艺路线, 因而获得的组织及力学性能也不相同。在生产中应在满足模具要求的不同适当安排, 这样才能使企业获得较大的经济效益。
模具材料与热处理教学研究 篇10
1 模具材料与热处理教学现状分析
《模具材料与热处理》是职业院校模具设计与制造专业的一门主干专业课程, 同时也是一门专业的基础课程。通过该课程的学习, 可以使学生学得有关模具、工程结构以及机械零件等常用的金属材料的理论基础知识和热处理的基础知识, 使学生具备基础的根据模具零件的加工条件与失效方式等进行材料的合理选择与使用, 并且可以独立的完成模具零件的冷、热加工工艺线路的制定。职业院校 (高职或中职) 的模具设计与制造专业的毕业生都是在企业一线工作的, 毕业生不论是从事模具设计还是模具制造, 都必须具备了解模具材料的工艺性能、热处理的基本知识以及一定的材料选择能力。因此, 这门课程是培养学生职业与工作能力的一门核心课程, 提高《模具材料与热处理》教学质量显得尤为重要。
通过对某省高职院校的《模具材料与热处理》的教学课程、教学效果以及教学内容等进行调查, 结果显示了有40%左右的职业院校理论课程教学课时为28-32学时;有50%左右的职业院校理论课程学时为56-64;没有开设或者是与其他课程进行整合的约占10%。课时较少的一般至进行模具材料的基本介绍, 课时开设较多是一般是介绍金属材料的性能、金属的基本知识、热处理的基本知识以及模具材料的选择与处理等。理论课程开设较多的职业院校学生对知识的理解及掌握程度要深刻一些, 具有较好的教学效果, 但是, 有大部分的学生还是感觉该课程非常难学。
针对这一调查结果的研究表明了, 每个职业院校对《模具材料与热处理》的在职能力培养的重视程度不一, 课程教学在32学时以下的, 一般都只认为学生只要具备模具材料的相关知识或者认为学生在实际的工作中根本用不到这些知识, 即使使用到了企业也会拿出零件所需的制定材料以及热处理的工作流程, 职业院校都认为, 企业所需生产的零部件材料都是规定的, 热处理的流程也是预先制定的, 根本不需要变动。教学课程课时在56学时以上的职业院校, 认为学生不仅需要模具材料选择以及热处理方面的基础知识, 而且更加需要具备机械制造工业所需要的工程材料方面的一般知识, 这些知识是学生学习其他课程的基础, 也有利于培养学生的创新意识。
2 模具材料与热处理教学改革措施
2.1 重视课程主干知识的学习。
《模具材料与热处理》是一门理论知识与社会实践联系较为紧密的专业课程, 同时也是学习其他机械零件类工艺与实习课程的基础所在。模具材料的成分与性能之间的关系的基本规律, 提高材料的性能与发挥材料的潜力的途径等, 都是该课程的主要的主干知识, 因此, 职业院校首先要把握好这些主干知识的课程教学, 并进行合理的拓展教学。
2.2 重视培养学生的学习兴趣。
兴趣是最好的老师, 教师要不断的进行教学方法的研究, 重点在与培养学生对该课程的学习兴趣。首先要做好本课程的入门教学, 明确该课程在整个专业中的重要地位。在课程开展前的论绪部分, 教师要对本学科的发展历史、现状以及未来的发展方向等进行详细的讲解, 同时进行金属模具材料、热处理工艺技术在生活以及生产方面的广泛应用, 以此来激发学生的学习热情与兴趣, 充分的调动学生的学习积极性与主动性, 引导学生能够产生探索该专业奥秘的欲望。教师在课程的教学过程中, 要理论联系实际, 比如在讲解到热处理技术时, 教师可以布置自行编制出一个典型零件的模具热处理工艺, 然后安排学生到热处理的实验车间进行实际的手工操作, 最后再按照技术要求进行零件的检测, 从而检查制定的热处理工艺是否正确, 并且对出现的错误能够产生深刻的认识。理论联系实际的教学方法可以充分的调动学生学习本课程的积极性, 使得枯燥的理论知识变得生动有趣, 教师必须重视培养学生的独立思考的习惯, 使学生的学习情趣保持长久的动力。还要善于设计问题的情景, 选择合理难度的问题, 通过教师的引导使学生得出结论等, 这些方法都可以使学生在学习过程中产生很大的吸引力, 使他们更加主动的去学习, 从而取得更好的学习效果。
2.3 协调课程知识逻辑性与教学体系间的关系。
教材是教师进行课程教学的依据, 并对教学活动起着制约性的作用, 对该课程教材的编写不仅要考虑到学科课程的知识逻辑性, 还要考虑到学生学习本学科的认识的认知能力与规律以及考虑教学的整体性。对教材的改革其本身就是一项综合性的改革, 不仅涉及到课程的编写模式, 同时还设计到了教学模式以及教学方式的改革, 因此, 教师所采用的教学方式与课程教材编写的模式密切相关。在目前职业院校重点抓教学质量的情况下, 教师的教学质量也在不断发展与完善中, 因此, 应当遵循科学的原则编写教材, 从而方便教师按照先进的教学方法进行教学。比如, 在现行的模具的热处理部分, 采用了大量的文字进行平铺直叙的论述, 学生学起来感觉很厌烦, 教师授课也感觉枯燥乏味, 对该课程的教学就产生了非常大的影响。假设可以在教材中能够联系实际添加一些图文以及设问、质疑等, 并适当添加一些模具热处理工艺的分析讨论等, 将可以更方便的让教师组织教学活动, 从而激发学生的求知欲。
2.4 随学生的课堂反映灵活调整授课方法。
教师授课方式的正确与否直接影响到学生的接受知识的效果, 学生在课程开展的过程中, 不可能一直保持着良好的学习状态, 可能会随着天气以及某件事情的影响, 因此, 教师在授课过程中, 一定要注意观察学生的课堂反应, 进行及时的授课调整, 从而可以吸引学生的注意力, 提高学习效果。
2.5 开展强化实验课程教学。
目前, 大部分职业院校的教学情况是开展教学改革且课时明显偏少, 《模具材料与热处理》课程更需要结合课程理论强化实验教学。因为这门课程是理论与实践结合非常紧密的课程, 不论是知识的传授、技能训练以及综合能力的发展, 都离不开实验。现在部分职业院校涉及到的实验课程比较少, 导致了课程的教学方法比较单一, 使本课程的教与学都明显的枯燥乏味, 对提高学生的学习积极性非常不利。
3 结束语
《模具材料与热处理》课程是职业院校专业必修的基础课程, 本课程具有教学内容理论性强, 概念多, 知识点多的特点, 所涉及到的专业术语较多, 十分的抽象。所以学习中难免觉得枯燥乏味, 通过笔者前面所提到的教学方式的改革, 可以充分的调动学生的学习积极性, 从而提高教学效果。在动手实践中认知理论知识, 同时增强自身的实践能力与创新能力, 使学生综合素质得到全面的提高。
参考文献
[1]阮保荣;职业院校机械工程材料实践教学的几点建议[J];科教文汇;2009年08期.
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[3]陈学文《;机械设计基础课程教学改革与实践》机械类课程报告论坛组委会;机械类课程报告论坛文集;高等教育出版社;2006.
高速钢模具的热处理工艺研究 篇11
1 高速钢的铸态组织分析
高速钢铸态内部组织的特点是:铸锭组织松散、晶粒粗大, 碳化物分布极不均匀, 偏析严重, 特别是骨骼状地共晶莱氏体硬度高, 约HRC65-67, 脆性很大。为了改善其铸态组织, 应先对高速钢进行锻打, 不但可以把钢锭中的气孔、疏松、缩孔、微裂纹焊合起来, 提高锻坯的致密度, 还可以碎化、细化共晶碳化物, 把粗大的共晶碳化物打散碎, 提高碳化物分布的均匀性, 细化碳化物的力度, 形成良好的组织形态。
2 高速钢的锻造及冷却
高速钢因塑性差, 变形抗力大, 在锻造过程中容易产生裂纹, 所以为了有效的消除和预防裂纹的出现, 在锻造过程中, 应特别注意以下几点。
(1) 在加热前, 要清除表面的缺陷或剥皮, 防止缺陷在锻造的过程总进一步扩大。
(2) 在锻造过程中, 按照“轻—重—轻”的锻造方法进行锻造, 即在1050℃~1180℃时进行轻击, 便于锻合内部缺陷, 防止开裂;在950℃~1050℃时, 适当重击以保证打碎碳化物;在900℃~950℃时再次进行轻击, 防止断裂;在850℃~900℃时, 进行最后一次平整修光, 此时的温度绝对不能超过1000℃, 否则就会重新形成网状碳化物。
(3) 严格控制锻造的温度, 使整个锻造过程在规定的温度内进行。当坯料温度下降时, 应立即返炉;当坯料温度上升时, 则应减轻击力。
(4) 要做到温度与变形量的均匀统一。如拔长时, 送进量要控制在锻件高度的0.6~0.8倍范围内, 送进量过小, 锻不透, 端面有凹陷;送进量过大, 容易产生十字裂纹。
高速钢锻后在空气中自然冷却即能自行淬火, 提高锻件的硬度和脆性, 但由于冷却时的温度应力较大, 产生裂纹的可能性也较大因而必须进行缓慢冷却, 方法如下。
对于小锻件可在炉内保温后随炉冷却至50℃出炉室冷;对于大锻件应放在700℃~750℃的炉中随炉冷却到650℃后放入灰坑中冷却到100℃以下取出。退火的目的不仅是为了消除内力、降低硬度以利于切削加工, 同时也是为以后的淬火准备好叫好的原始显微组织。
3 高速钢模具的热处理工艺
高速钢模具的热处理工艺主要包括:预热、淬火加热、冷却、回火等几个部分, 下面对这几项分别进行探讨。
(1) 预热。高速钢中合金元素较多, 导热性差, 如果直接加热到很高的淬火温度, 极易产生内应力引起变形和开裂, 以致增大了在冷却时变形开裂的可能性;同时, 冷态的高速钢直接高温加热, 也延长了它在高温下的停留时间, 增加了氧化和脱碳倾向。所以, 对于高速钢在淬火前必须经过二次预热、缩小与高温炉的温差, 最大限度地减小弯曲变形。
(2) 淬火温度。高速钢中含有大量钨、钼、铬、钒等难容碳化物, 只有在1200℃以上, 才可以大量的熔入到奥氏体中, 熔入的量越多冷却后马氏体的合金浓度也就越高, 获得的硬度、红硬性和耐磨形才会更好。但当加热温度过高, 特别是超过1300℃后, 虽然以上各元素的熔解量还在增加, 但奥氏体晶粒却会急剧增大, 甚至发生溶化现象, 致使刚的强度和韧性下降。因此, 必须严格控制加热温度和时间, 在满足要求的前提下, 尽量采用较低的加热温度和较短的加热时间。在一般情况下, 淬火的加热时间可按工件的有效直径或厚度进行计算, 加热系数可选择8~10s/mm。对于厚件, 可按此计算;对于特小件, 其加热时间不得少于2 m i n。
(3) 冷却。虽然空冷也可以获得马氏体, 但工件表面极易氧化, 析出二次碳化物, 降低淬火硬度和红硬性, 因此高速钢的冷却通常采用油冷, 淬火后的硬度在HRC63以上, 组织为马氏体、参与奥氏体、碳化物。
(4) 为了消除淬火应力, 稳定组织, 减少参与奥氏体量, 高速钢通常需在二次硬化峰值温度下回火三次, 方能得到各项性能的最佳组合。淬火后大部分转化为马氏体, 参与奥氏体量只有25%左右, 通过第一次回火, 约有15%左右的残余奥氏体转变为马氏体;通过第二次回火又有6%左右的残余奥氏体转变为马氏体;在经过第三次回火后, 残余奥氏体的剩余量约在1%~3%之间, 硬度达到了HRC65, 组织为黑色回火马氏体, 少量残余奥氏体、颗粒状碳化物。
摘要：模具的热处理质量的好坏对其性能和使用寿命的影响甚大, 因此, 对模具的热处理技术进行研究和改善, 可以提高模具的强度、韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能, 降低制造成本。
关键词：高速钢,模具,热处理
参考文献
[1]赫保红, 王鹏.高速钢回火处理的分析研究[J].北京石油化工学院学报, 2006, 14 (3) :5.
[2]许天已.高速钢的热处理.钢铁热处理使用技术[M].化学工业出版社, 2005.