冷作模具的热处理技术

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实践证明，模具的淬火变形与开裂、使用过程中的早期开裂，虽然与材料的冶金质量、锻造质量、模具结构及加工有关，但与模具的热处理加工关系更大。根据模具失效原因的分析统计，热处理引起的失效占5%以上。因此，在模具材料选定之后，还必须配以正确的热处理，才能保证模具的使用性能和寿命。
    这里重点叙述各类冷作模具的热处理特点以及传统工艺的优化问题，以供在制定和实施热处理工艺时参考。
    1.冷作模具的制造工艺路线
    模具的成形加工和热处理工序安排对模具的质量也有很大影响，在制定与实施热处理工艺时，必须予以考虑。
    通常冷作模具的制造工艺路线有以下几种:
    1)一般冷作模具:锻造、球化退火、机械加工成形、淬火与回火*钳修装配。
    2)成形磨削及电加工冷作模具:锻造一球化退火、机械粗加工，淬火与回火、机械加工或电加工成形*钳修装配。
    3)高精度冷作模具:锻造*球化退火*机械粗加工叶去应力退火或调质一加工成形淬火与回火一钳工修配。
    在热处理工序安排上要注意以下几点:①对于位置公差和尺寸公差要求严格的模具，为减少热处理变形，常在机械加工之后安排高温回火或调质处理。②对于线切割加工模具，由于线切割加工破坏了淬硬层，增加了淬硬层脆性和变形开裂的危险性，因而，线切割加工之前的淬、回火，常采用分级淬火或多次回火和高温回火，以使淬火应力处于最低状态，避免模具线切割时变形、开裂。③为使线切割模具尺寸相对稳定，并使表层组织有所改善，注塑加工件经线切割后应及时进行再回火，回火温度不高于淬火后的回火温度。
    2.冷作模具的淬火
    淬火是冷作模具的最终热处理中最重要的操作，它对模具的使用性能影响极大。主要的工艺问题有以下几个方面:
    1)合理选择淬火加热温度。既要使奥氏体中固溶一定的碳和合金元素，以保证淬透性、淬硬性、强度和热硬性，又要有适当的过剩碳化物，以细化晶粒，提高模具的耐磨性和·保证模具具有一定的韧性。
    2)合理选择淬火保温时间。生产中通常采用到温人炉的方式加热，其淬火保温时间是指仪表指示到给定的淬火温度算起，到注塑加工件出炉为止所需时间。
    实际热处理时，必须根据具体情况具体分析。例如，有些模具零件要快速加热，短时保温，有些需充分加热与保温。特别是复杂模具，更是要综合考虑各种影响因素，并通过实验来确定其淬火保温时间。
    3)合理选择淬火介质。高合金冷作模具钢因淬透性好，可用较缓的淬火介质淬火，如气冷、油冷、盐浴分级淬火等;碳素工具钢和低合金工具钢模具，为了保证足够的淬硬层深度，同时减少淬火变形和防止开裂，常采用双介质淬火，如水一油淬火、盐水一油淬火、油一空冷淬火、硝盐一空冷淬火等。还可以采用一些新型的淬火介质，如三硝水溶液(三种硝盐混合的过饱和水溶液)、氯化锌一碱溶液、抓化钙水溶液等，以简化淬火操作，提高淬火质量。
    4)采用合适的淬火加热保护措施。氧化与脱碳严重降低模具的使用性能，淬火加热时必须采取防护措施。通常防氧化、脱碳的方法有:①装箱保护法。.在箱内或沿箱四周填充保护剂，常用的保护剂有木炭、旧的固体渗碳剂、铸铁屑等。②涂料保护法。采用刷涂、浸涂和喷涂等方法把保护涂料涂敷在模具表面，形成致密、均匀、完整的涂层。涂料配比一般为:耐火粘土10%一30%(质量分数);玻璃粉70%一90%(质量分数)，再在每千克涂料的混合料中加水50一l00g，拌匀后使用。使用时，涂层厚0.1一1mm即可。涂料有商品可购，应用时应注意它们的适用温度和钢种。③包装保护法。国内现用两种方法:一种是将模具放人厚度约为0.1mm的不锈钢箔内，并加人一小包专门的保护剂，然后将袋口像信封口一样封好即可加热，淬火时将模具零件由袋内取出淬火;另一种是采用防氧化脱碳薄膜，它的成分是硼酸、玻璃料和橡胶粘结剂，可以折叠，使用时只要将像纸一样的薄膜将注塑加工件包住，即可加热。这种薄膜在3000C左右就开始熔化变成一层粘稠状的保护膜，淬火时自动脱
落，注塑加工件淬火后表面呈银白色，保护效果良好。④盐浴加热法。它是模具淬火加热的主要方式之一，具有加热速度快而均匀、不易氧化脱碳的优点。
    3.冷作模具钢的强韧化处理工艺
    冷作模具钢的强韧化处理工艺主要包括:低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温和分级淬火等。
    (1)冷作模具钢的低温淬火工艺所谓低温淬火是指低于该钢的传统淬火温度进行的淬火操作。实践证明，适当地降低淬火温度，降低硬度，提高韧性，无论是碳素工具钢、合金工具钢还是高速钢都可以不同程度地提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具脆断、脆裂的倾向性。
    (2)冷作模具钢的高温淬火工艺对于一些低淬透性的冷作模具钢，为了提高淬硬层厚度，常常采用提高淬火温度的方法，如T7A一T1OA钢制币25一护0mm的模具，淬火温度可提高到830一860'C; GCr15(或Cr2)钢的淬火温度可由原来的8600 C提高到9009200C，模具的使用寿命可提高一倍以上。
    一些抗冲击冷作模具钢，采用高温淬火，具有较高断裂韧度、冲击韧度和优良的耐磨性，如6OSi2Mn钢采用920一9500C淬火，铬钨硅系钢采用950一9800C淬火，模具寿命都有大幅度提高。
    (3)冷作模具钢的微细化处理微细化处理包括钢中基体组织的细化和碳化物的细化两个方面。基体组织的细化可提高钢的强韧性，碳化物的细化不仅有利于增加钢的强韧性，而且可增加钢的耐磨性。微细化处理的方法通常有两种:
    1)四步热处理法。冷作模具钢的预备热处理一般都采用球化退火，www.vtoall.com但球化退火组织经淬回火，其中碳化物的均匀性、圆整度和颗粒大小等因素对钢的强韧性和耐磨性的影响尚不够理想。采用四步热处理法，可使钢的组织和性能得到很大的改善，模具的使用寿命可提高1.5 -3倍。具体工艺过程为:第一步，采用高温奥氏体化，然后淬火或等温淬火;第二步是高温软化回火，回火温度以不超过Ac:为界，从而得到回火托氏体或回火索氏体;第三步为低温淬火，由于淬火温度低，已细化的碳化物不会溶人奥氏体而得以保存;第四步为低温回火。