模具淬火,模具材料与热处理工艺选择探讨

【】浅析影响模具设计选用的因素，模具和模具热处理工艺，并对模具选择与热处理工艺选择例证。
【字】模具　热处理工艺　设计选用
【中图分类号】G　【文献标识码】A
【文章编号】0450－9889(2012)03C－0190－03

一、影响模具设计选用的因素

近几年来，我国模具工业进展迅速，每年保持15％左右的增加速度，但模具的制造和使用性能与世界上发达相比，还有很大的差距。模具市场竞争激烈，努力缩短模具的生产周期、提高模具的质量、延长模具的性能和间接的社会效益和经济效益是估量的。模具的质量模具的精度、表面光洁度和模具性能三个。模具的精度和光洁度由机加工决定，而模具的性能取决于设计、加工、、热处理和使用操作等多个因素，和热处理是影响模具使用性能最的内在因素。
模具对模具性能的影响在模具的选择是正确、材质良好和使用三个。选材时应兼顾模具使用性能要求。热处理不当是导致模具早期失效的因素。热处理模具性能的影响在热处理技术要求不和热处质量不良两个。统计，选材和热处理不当。致使模具早期失效的约占接近70％，热处理不当约占45％，选材不当、模具结构不约占25％。模具与热处理是影响模具性能诸因素因素。

二、模具介绍

，模具大致分为冷作模具、热作模具、塑料模具、玻璃模具四大类，并且都有专门模具。

(一)冷作模具

冷作模具种类较多，形状结构差别，工作条件和性能要求不一，冷作模具选材比较复杂，综合考虑，才能发挥的潜能。，我国常用冷作模具大致分为四大类：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金。市场流通以Crl2MoV、CrWMn、T10A等传统为主，比较新的模具钢，如DS、GD、CH、LD、C-M、ER5、65Nb、012AL、LMI、LM2和RM2等20多种牌号及粉末高速钢、钢结硬质合金等高档的模具，运用并不。

(二)热作模具

热作模具一般在600℃左右的高温下工作，要求模具具有较高的强度、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能、抗氧化性能和抗特殊介质腐蚀性能，用于制造锻压、热挤压、压铸、热镦模和高温超塑成形用模具。
为了适应压力加工新技术、新设备对模具在强韧性和热稳定性的高要求，国内外研制了新型热作模具钢，现正在生产中发挥着作用，有5CrNiMoV、5Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi、3Cr3M03W2V、3Cr3M03VNb、4Cr3M03SiV、4Cr3M03W4VNb、4Cr3M02MnVNbB、6W8Cr4VTi、4Cr5M02MnVSi、4Cr3M02NiVNb、4Cr3M02WVMn等，新的热加工技术的进展新的模具也应运而生，如铁基高温合金、镍基高温合金和难熔合金做高温的热作模具。若模具工作温度超过1000℃，一般钼基或钨基难熔合金制造。我国有关单位曾选择27种成熟热作模具钢，对其力学性能、工艺性能和使用性能测试和比较，并了各类热作模具钢的选材准则，可供借鉴。

(三)塑料模具

石化工业的迅速进展，塑料已十分的工业原料。塑料制品越来越多，用于制品的塑料模具钢消耗量达到模具钢总量的50％。与热作模具、冷作模具相比，塑料模具使用性能特殊，体现为：一是较高的硬度、一般的耐磨性、的硬化深度，心部要有的强韧性。二是较低的耐热性，在200℃～250℃的温度下长期工作，不氧化、不变形，尺寸稳定性好。三是有的耐蚀性。纳入标准的有3Cr2Mo等两个牌号，行业标准有5等20多个牌号，生产中推广使用的新钢种有10多个，初步形成了我国的塑料模具钢系列。

(四)玻璃模具

铸铁或铸造不锈钢，也有耐热钢或热作模具钢，国内有些单位正在研制新的玻璃模具钢。

三、模具热处理工艺概览

(一)热处理工艺在模具制造运用

1.锻造余热球化退火、循环退火及双细化处理工艺。20世纪80年代研制开发的模具钢细化退火处理新工艺，在论述和工艺上均不同于传统的高温加热缓冷(冷速＜30℃/h)球化退火和等温球化工艺，具有可消除链状碳化物，缩短退火周期，节能减排，减少氧化脱碳，球化组织细小匀圆，热处理后强韧性高，模具使用性能高等优点，有较好的技术经济效益。企业这一工艺了美国客商对模具金相组织的要求。
2.固溶双细化工艺。固溶双细化工艺完全热处理策略教学论文，使碳化物细化、棱角圆整化，使奥氏体晶粒超细化。其工艺的措施是高温固溶和循环细化。高温固溶改善碳化物的形态和粒度；循环细化的目的使奥氏体晶粒超细化。
3.非常规热处理工艺的运用。列举三类非常规工艺在模具热处理运用：一是热作模具钢改常规的高温回火为中温回火处理。二是3C~W8V等热作模具钢超高温淬火对某些模具收到奇效。三是高速钢制作的模具低温淬火性能高。
4.增加调质预处理。模具的预处理很少调质，实际上对于某些模具增加调质工序，很有好处。5CrW2Si钢制冷剪刀片，在600t废钢剪切机上使用，剪切12～25mm普通碳钢时，比未调质的性能提高5倍；Crl2钢制44mmx 85mm冷挤冲头，原工艺980℃淬火，280℃回火，硬度60～62HRC，性能7000～8000件，改为调质取代球化，性能提高到10万件。
5.真空及保护气氛热处理。该策略教学论文要求高精度、高性能的模具拟真空热处理或保护气氛热处理。
6.深冷处理。模具淬火后总会保留数量的残留奥氏体，为了减少或消除这些残留奥氏体，应在淬火后1h内深冷处理，以提高模具的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。M12螺母冷镦模淬火后经－190℃深冷处理，性能提高两倍。

(二)模具热处理件结构工艺性

热处理模具的结构工艺性，是指在设计热处理模具，是淬火件时，一，应热处理模具的使用性能要求；另一，应考虑热处理工艺对模具结构的要求，会使热处理操作困难、增加淬火变形、开裂，使模具报废。设计人员需考虑热处理模具的结构工艺性，尽量考虑原则：零件设计时应尽量减小截面尺寸的差别，避开薄片和尖角。必要的截面变化应平滑过渡，形状尽可能对称，有时可增加工艺孔。

1.避开尖角和棱角。模具的尖角、

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棱角是产生淬火应力最为的地方，淬火裂纹的起点，，在设计时应尽量避开，而设计成圆角或倒角。
2.截面变化应平滑过渡。厚薄悬殊的模具，在淬火冷却时，冷却不均匀而导致热处理变形与开裂。在模具结构设计中应采取措施开工艺孔，并安排孔的位置；加厚模具太薄的；避开盲孔和死角，盲孔和死角都使淬火时的气体逸出，造成硬度不均匀和淬火开裂，故应在盲孔处设置工艺排气孔或变盲孔为通孔。
3.尽量封闭对称结构。模具形状为开口或不对称结构时，导致淬火应力分布不均匀，变形因结构开口，制造时则应先加工成封闭结构，淬火、回火后成形开口，弹簧夹头封闭结构，淬火、回火后再用线切割切开槽口。对于完全对称的二件模具，先将二件加工成整体，热处理后再沿对称轴线切开。
4.组合结构。某些有淬裂倾向而各工作条件要求不同的模具或形状复杂的模具，在可能条件下可组合结构或镶拼结构。
总之，钢的淬火应力是淬火加热或冷却中工件内外温度差造成的。增大工件内外温差的因素都增大工件淬火应力，反之亦然。

四、模具选择与热处理工艺选择例证

(一)低淬透性冷作模具钢热处理工艺

这些性能要求的冷作模具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，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(简称Ms点)低，临界冷却速度快，在淬火冷却时，产生热应力变形，使模具沿主导方向收缩变形，的含碳量越高，收缩量越大。收缩会在模具内部产生很大的内应力，回火或其他的策略教学论文地消除内应力。当然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。，淬火和回火工艺是影响低淬透性冷作模具性能的因素。碳素工具钢模具多为中、小截面(10mm～50mm)。为减小淬火变形，T10A，T12A一般选择较低的淬火温度。当硝盐浴或碱浴冷却时，淬火加热温度可选择810～820℃；是水一油冷却，加热温度为760～780℃。对于T8A钢，模具截面尺寸的增大提高淬火温度以提高模具的淬火后硬度。水淬时，对于截面厚度t小于15ram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℃。硝盐浴分级淬火时，可在所述淬火温度上做调整。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℃时硬度就会显著下降。当回火温度在200～250℃时，会产生回火脆性，导致韧性下降。，韧性要求比较高的碳索工具钢模具避开温度回火。，250℃回火时，淬火马氏感受产生不同的分解，使模具产生收缩变形。，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。

(二)低变形冷作模具钢热处理工艺

低变形冷作模具钢是在碳素工具钢上加入少量合金元素进展的，CrWMn是其典型钢种。CrWMn钢具有高淬透性，淬火时不强烈的冷却，淬火变形比碳素工具钢显著减少。，这类钢的变形同样受到淬火加热温度、冷却策略教学论文、回火工艺和模具截面尺寸的影响。该钢淬火温度的选择，钨形式碳化物，所以钢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800℃加热淬火时，既能较高的硬度(63HRC)还较高的抗弯强度和韧性。继续提高淬火温度，硬度上升但韧度、抗弯强度会降低。当淬火温度大于850℃时，硬度也开始下降。，为减小变形并高的耐磨性，由这些钢制造的模具，其淬火加热温度过高。CrWMn钢淬火常用的冷却介质是硝盐浴和矿物油，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，硬度要求选择不同的温度等温淬火，等温时间过长，等温后随硝盐浴一起缓冷。这样能减小组织应力，还能制约小学语文教学论文变形量。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钢要大于60HRC的硬度时，回火温度应不超过200℃～220℃。，在选择回火温度时应模具的结构、尺寸和硬度要求选择回火温度。选择的回火温度最大限度地消除由淬火产生的内应力，提高模具的寿命。

(三)高合金工具钢热处理

高耐磨微变形冷作模具钢、高强度高耐磨冷作模具钢、高强韧性冷作模具钢等是高合金工具钢。高耐磨微变形冷作模具钢的常用牌号有Crl2、Crl2MoV、Cr6WV、CrolV和Cr4W2MoV等。这类钢的含碳量高，含有太量的碳化物形成元素，具有高的淬透性、耐磨性和热硬性。高合金工具钢淬透性高淬火时不冷却，产生的内应力小。高合金钢模具淬火温度的选择应考虑制约小学语文教学论文淬火变形。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。低于温度淬火，制件发生胀大变形；高于温度淬火，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。冷却策略教学论文的选择则模具的情况和要求而定。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；数中、小尺寸的模具250℃～300℃的硝盐浴分级冷却；精度要求高、形状不对称的模具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，严格制约小学语文教学论文变形的模具，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冷却，这样最大限度地减小内应力，避开模具开裂或产生细小的裂纹，以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因素。Crl2MoV钢低温淬火和低温回火时，硬度、强度和断裂韧度；若高温淬火与高温回火，将良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低；而中温淬火与中温回火，最好的强韧性配合。在生产中，何种淬火、回火工艺，应模具的工作条件及性能要求来确定。

(四)热作模具钢热处理工艺

热作模具钢用于制造高温下压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等。热作模具在工作时承受着很大的力，模腔和高温金属接触后，局部可达500℃～700℃，有的达到1000℃左右，还经受着反复的加热和冷却，使模具的工作表面产生热疲劳裂纹，另外炙热金属被强制变形时，与模具型腔，表面摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。，热作模具钢要求能稳定地保持力学性能，是较高的热强性、高的热疲劳性、良好的韧性和耐磨性。
代热作模具钢5CrNi－Mo、5CrMnMo和3Cr2W8V钢，自上世纪30年代初在工业中运用后仍广为运用，已经积累了的冶炼、锻造、机械加工和热处理工艺经验；代热作模具钢则是以美国的AISIHl0、Hll、H12、H13钢系列为代表，尤其以H13钢最受欢迎。H13钢的热处理新工艺，双重淬火是用高温淬火——高温回火(1160℃淬火＋720℃回火)取代普通球化退火，再常规热处理。工艺结果，随奥氏体化温度升高，H13钢硬度及断裂韧性升高，但韧性下降；而经双重淬火的可在几乎不降低韧性的条件下最大的断裂韧性，硬度值也高于普通淬火。双重淬火能改善断裂韧性，是因孪晶马氏体和未溶碳化物量的减少及残余奥氏体量的增加所致。断裂韧性的改善，于提高H13钢热作模具的疲劳裂纹扩展能力和热疲劳开裂能力，抑制热裂纹扩展。
总之，模具是模具制造业的物质和技术，模具热处理是保证模具性能的工艺。的最佳化对模具的性能的影响。选材和热处理不当，致使模具早期失效的约占70％。为了适应不同模具的特殊性能要求，除开发具有不同特性以适应性能要求的型材外，各国的模具工作者亦不断的开发新的热处理工艺，着重浅析并总结了模具选择和热处理技术的概况，以期能对模具的设计和制造价值和积极作用小学数学教学论文。
(责编　赵聃)
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