模具热处理工艺
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前言 (1)
一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点 (1)
1、工艺原理 (1)
2、真空热处理的加热特点： (3)
二、真空热处理工艺参数的确定 (3)
1、真空度： (3)
2、加热和预热温度： (4)
3、真空淬火加热时间 (4)
三、真空热处理的冷却方法 (5)
1、气淬 (5)
2、真空油淬 (7)
3、为减小工件变形采用的分级冷却。 (9)
4、真空水淬。 (9)
5、真空硝盐淬火。 (9)
6、炉冷或控速冷却。 (9)
四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范 (9)
1、真空退火目的 (9)
2、真空淬火： (14)
3、真空回火 (19)
四、常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。 (20)
（1）合金结构钢和超高强度钢 (20)
（2）弹簧钢 (22)
（3）轴承钢 (22)
（4）合金工具钢 (22)
（5）高速钢 (23)
（6）不锈耐热钢 (24)
前言
所谓真空热处理是工件在10-1~10-2Pa真空介质中进行加热到所需要的温度，然后在不同介质中以不同冷速进行冷却的热处理方法。
真空热处理被当代热处理界称为高效、节能和无污染的清洁热处理。真空热处理的零件具有无氧化，无脱碳、脱气、脱脂，表面质量好，变形小，综合力学性能高，可靠性好（重复性好，寿命稳定）等一系列优点。因此，真空热处理受到国内外广泛的重视和普遍的应用。并把真空热处理普及程度作为衡量一个国家热处理技术水平的重要标志。真空热处理技术是近四十年以来热处理工艺发展的热点，也是当今先进制造技术的重要领域。
一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点
1、工艺原理
（1）金属在真空状态下的相变特点。
在与大气压只差0.1MPa范围内的真空下，固态相变热力学、动力学不产生什么变化。在制订真空热处理工艺规程时，完全可以依据在常压下固态相变的原理。完全可以参考常压下各种类型组织转变的数据。
（2）真空脱气作用，提高金属材料的物理性能和力学性能。
（3）真空脱脂作用。
（4）金属的蒸发：在真空状态下加热，工件表面元素会发生蒸发现象。
表一各种金属的蒸气压
（5
图一各种金属氧化物的分解压力
金属的氧化反应是可逆的：Mo≒2M+2O 2O→O2↑
取决于气氛中氧的分压和金属氧化物的分压的大小。
当氧分压大于金属氧化物的分压时，反应向左进行，金属表面产生氧化。反之，如氧化物的分解压大于氧的分压，反应向右进行，其结果是氧化物分解。
亚氧化物理论和真空炉中碳元素存在，使炉内氧的分压低于金属氧化物的分压，使金属不会氧化。
表二真空度和相对杂质及相对露点关系
（6
图二为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线
2、真空热处理的加热特点：
两个显著特点：一是空载时炉子的升温速度快，二是工件的加热速度慢。
二、真空热处理工艺参数的确定
1、真空度：
表三各种材料在真空热处理时的真空度
（1）在900℃以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脱气。
（2）10-1Pa进行加热，相当于1PPM以上纯度惰性气体，一般黑色金属就不会氧化。
（3）充入惰性气体时，如充133Pa，（50%N
2+50%H
2
）的氮氢混合气体，其效果比10-2～10-3Pa真空还好。
此时氧分压66.5Pa是安全的。
（4）真空度与钢表面光亮度有对应关系。
（5）一般10-3~133Pa真空范围内，真空度温差为±5℃，如气压上升，温度均匀性下降，所以充气压力应尽量可能低些。
2、加热和预热温度：
表四预热温度参考表
3、真空淬火加热时间
图三真空加热时的特性曲线
图四炉温和被加热工件表面与中心温度
t总=t均+t保t均=a`×h
t保为相变时间，t均为均热时间，a`为透热系数（分/mm），h为有效厚度（mm）。
表五a`透热系数的确定
时间确定
表六t
保
三、真空热处理的冷却方法
1、气淬
（1）各种冷却气体的性质
表七各种冷却气体的性质（100℃时）
0.69 1.048 0.189
图五氢、氦、氮、氩的相对冷却性能为保证工件表面不氧化，具有高的光亮度，对冷却气体N2纯度有一定要求。
表八氮气纯度标准
表九热处理用氩气、氢气、氮气的行业标准
②高纯氮、纯氮不适合用于沉淀硬化不锈钢，马氏体时效钢，高温合金、钛合金等真空热处理回充和冷却气之用。
③氢气不适用于高强度钢、钛合金、黄铜的热处理保护。
④液态氮不规定水的含量。
（2）提高气体冷却能力的方法
牛顿公式：Q=k（t w-t f）·F（kcal/h）
Q为传热量；t w为工件温度；t f为气体温度；
F为工件表面积；k为对流传热系数。
K=（λ/d）·C（wdp/η）m
d为工件直径，C为因雷诺系数范围不同而异的常数，m为幂指数，一般0.62~0.805
w为流速，p为密度的函数（亦可视为气压），λ为气体导热系数，η为粘滞系数。
从公式中可见，提高冷却气体的密度（压力）和流速可以成比例地加大对流传热效率。
①提高冷却气体压力。
②提高气体的流速。
图六气体压力和淬火速率间的关系曲线
表十各种淬火介质对热传导系数的比较
2、真空油淬
（1）真空淬火油的条件。
（2）真空淬火油的主要技术指标
表十一（a）国产真空淬火油质量指标
真空油淬时注意的几个问题：
①真空油淬压力填充纯N
40kPa~67kPa。
2
②淬火油量：工件：油重量 1：10~15，油池比油与工件体积之和大15~20%。
③油中不许有水分。当达0.03%时，工件变暗；0.3%时，冷速明显变化。
④真空淬火油的调制。
⑤工件入油前应充分脱气。
⑥油温在40~80℃使用。
⑦油应有搅拌。静止油冷却强度为0.25~0.30；激烈搅拌油冷却强度为0.8~1.1。
⑧真空油淬时的高温瞬时渗碳现象。
3、为减小工件变形采用的分级冷却。
点以上→风冷。
①油冷却到M
S
②延时油淬，先预冷30~70秒→（1090℃）入油。
③风冷至550℃→在油中淬火。
④气体分级淬火，气冷到马氏体转变点以上→停风扇→表面温度均匀后再开风扇快冷。
⑤工件在硝盐浴中等温淬火。
4、真空水淬。
5、真空硝盐淬火。
6、炉冷或控速冷却。
四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。
1、真空退火目的：
获得洁净光亮的表面，省去或减少加工工序；使金属材料软化，消除内应力和改变结构，提高材料性能。
（1）铜及其合金
表十三青铜真空热处理参数
表十四紫铜和黄铜真空热处理参数
表十五 铍青铜时效工艺参数
（2应用于加速器、宇宙模拟设备、电子管材料和高温活性金属。
表十六 金属及合金真空除气的温度及真空度
（3软磁材料与硬磁材料的区别是磁性不同。
矫顽力Hc ＜10奥斯特为软磁，Hc=10-300奥斯特为半硬磁，Hc ＞300奥斯特为硬磁。目前广泛应用于氢气退火和真空退火。
①电工纯铁的真空退火，见图七。
图七 电工钢真空退火工艺曲线
②硅钢片的真空退火见图八。
图八硅钢片真空退火工艺曲线
③Fe-Ni系合金真空退火。
表十七常用Fe-Ni软磁材料的真空退火规范
④
表十八常用Fe-Al系软磁合金真空退火规范
软磁合金退火时注意：
a）在高温退火时必须防止工件叠片间和卡具粘合，可以在其间撒布工业氢氧化镁或滑石粉，或经高温下除过气的氧化铝粉撒布其间。
b）工件不能与石墨接触，最好不用石墨纤维的真空炉中处理。
（4）钢材料的真空退火；
①钢铁材料：
表十九钢的真空退火工艺参数
表二十奥氏体不锈钢退火温度和真空度
2、真空淬火：
图九真空淬火循环
真空淬火操作过程见图八，先预抽真空到1~1×10-2Pa时开始加热，当保温结束，升压到0.8×105Pa，工件油淬或回填到5×105Pa进行高压气淬。
各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火冷却方式见表二十二。
表二十二各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火冷却方式
注：A-1090℃淬油；
真空度：低-机械泵；中-增压泵；高-扩散泵。
（1）真空淬火工艺操作实例：
①汽车车灯反射镜凸模（图十）
MOV
材料：Cr
12
技术要求：热处理HRc60~62变形愈小愈好。
图十车灯反射镜凸模
该厂引进日本加工技术，与外商协作，共同制造汽车反射镜。凸面为抛物面，热处理后无法进行加工，故要求模具变形越小越好。原采用盐浴炉淬火，变形达±0.3mm，冲件不能达到聚焦反射作用。经真空热处理后变形控制在0.05mm以内，表面光亮，无氧化脱碳，硬度均匀，使用性能良好。其真空热处理工艺见图十。本凸模在ZC30型双室油淬负压真空炉内处理。
图十一车灯凸模真空热处理工艺曲线
凸模在高压气淬炉内处理，气淬压为3~4×105Pa，其效果更好。
② 100目不锈钢网滚模模芯（图十二）
MOV
材料：Cr
12
技术要求：热处理HRc58~62。
图十二 100目不锈钢网滚模模芯
此件加工六角形不锈钢网用，系出口任务，要求很高。在φ50mm处的六角形网眼要用放大镜才能看清楚。该厂原采用盐浴淬火，由于残盐嵌在六角形网眼中，需经放大后才能看见，再用人工方法将残盐从一个个微小的网眼内剔除，既费时有极易损坏模眼而导致报废。故用盐浴处理的模芯废品率很高。采用真空热处理后模芯表面光洁，合格率达100%，寿命也比原来提高，用户非常满意。其热处理工艺见图十三。本模芯在ZC-30型双室负压油淬炉内处理。若在加压气淬炉内处理，气淬压力2~3×105Pa，其淬火效果更佳。
图十三不锈钢网滚模模芯
③压铸模
材料：H13
技术要求：大型复杂模具 HRc42-44
中小型优质模具 HRc44-46
小型模块 HRc48-50
设备：采用5bar以上高压气淬炉
工艺：采用分级气淬工艺
具体工艺曲线示意图见图十四。
图十四 H13钢真空高压气淬加热冷却工艺示意图
其中Ts为表面热电偶温度，Tc为心部热电偶温度，冷炉升温速度220℃/小时，对流加热炉压2bar，预热二次，当Tc=Ts后再升温。
奥氏体化保温时间：快速升温至1030℃±5℃，当Ts-Tc＜14℃后，保温30分钟。
回充高纯氮分压>26.6Pa。
从1030℃到540℃淬火冷速至少28℃/分，在455-400℃间进行分级，当Ts冷至分级温度区后30分钟继续快冷到65℃出炉。在静止空气中冷到50℃-30℃进行二次以上回收。
回火至少二次，每次回火后模具冷到室温再进行第二次回火。回火时间按2.4分/mm计算，或心部到温度后在保温2小时。回火温度按不同硬度要求，一般580-600℃左右。
（2）真空淬火的质量效果
①真空淬火对工件表面质量的影响
A）真空状态下加热氧化物的还原作用。
B）元素发挥的影响。
C）钢种的影响。
D）冷却方式的影响。
E）回火的影响。
F）真空泵、油增压泵、油扩散泵返油的影响。
G）真空淬火油脱气。
H）炉子泄漏率。
I）加热速度影响。
J）充气管道的漏气问题。
②真空淬火工件的变形，减小真空淬火变形的具体措施
A）加热技术方面
a）多次预热。
b）在800℃以下进行对流加热。
c）提高炉温均匀性，合理布置。
以13.3Pa为宜。
d）合理控制炉内压力，回填N
2
B）冷却技术减少工件变形
a）尽量采用高压气淬代油淬。
b）为减少组织压力，先油淬在Ms点以上出炉气冷。
c）气体分级淬火。
d）控制油搅拌开动时间。
e）减少工件在热态下振动。
f）料盘、工具的变形，会影响工件变形。
g）厚薄不均匀，锐角处包扎氧化铝棉。
h）合理装炉。
i）高压气淬时，冷却气体的喷射方式。
③真空淬火后钢的机械性能
在真空淬火加热时，工件有脱气、不氧化、不脱碳，因而有较高的机械性能。
表二十三 Cr
MOV钢真空淬火、回火与盐浴淬火、回火后机械性能比较
12
盐浴淬火：淬火温度为950~1020℃时，400℃预热一小时，淬火保温9分钟；
淬火温度为1080~1120℃时，850℃预热6分，淬火保温3分钟，600~650℃分级2~3分
钟后空冷。
④真空淬火产品的使用寿命
真空淬火模具寿命一般提高40~400%。
3、真空回火
（1）概述。
（2）真空回火的光亮度变成灰色或暗灰色的原因。
认为从10-2Pa到10-4Pa，水蒸气峰继续保持相当大的比例，O
的光谱已近消失。高于650℃水蒸气开
2
始分解，出现链式反应，在低于650℃温度范围内，真空炉呈微氧化气氛（或微氧化状态），从而室温
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
模具材料及热处理模具材料及热处理 1．金属组织 1.1金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 1.2合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 1.3固溶体 是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 1.4固溶强化 由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 1.5化合物 合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 1.6机械混合物 由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积A V，以P/A V的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。
4Cr5MoSiV热挤压模具热处理工艺 §1 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：（1）培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和夹具设计等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、零件绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 因此，本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问题，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，夹具的设计等。要求我们设计工艺流程，这需要翻查大量的文献典籍。如何灵活使用资料、手册，怎样高效查找所需信息，以及手册的查找规范和标准等，均不是一蹴而就的事情，需要我们在实践中体会并不断地总结，才能不断进步。 材料热处理工艺课程设计是培养材料专业学生在热处理原理方面能力的重要环节，纸上谈兵是经不起考验的，扎实的理论唯有通过实践才能够证明，且科学的实践能够有效巩固甚至发展原有的理论，因此，本课程设计通过给出20余种不同牌号的材料，要求学生以个人（允许讨论）或组队的方式完成热处理工艺的设计，对学生巩固已学热处理知识、学习使用工具书、增强团队合作意识等是大有裨益的。
§2零件的技术要求及选材 2.1热挤压模具的工作条件 热挤压模具用于机器零件和型材的挤压成型，主要有冲头、凹模及其他辅助部分组成，其工作条件决定于挤压设备的类型、被挤压材料的性质、加热温度及挤压工艺等因素。 （1）热挤压模具的工作温度热挤压模具在挤压铜合金、钛合金时，工作温度可达600～800℃，甚至更高。 （2）热挤压模具工作时的冷却条件在工作过程中，热挤压模具都被强制冷却，以免模具的温升过高。 （3）热挤压模具的受力条件热挤压冲头在工作时要受到大的压力、弯矩及循环热应力的作用。凹模的模腔受大的压应力和拉应力的作用， 易生脆裂，还要受到摩擦和热疲劳的作用。 2.2热挤压模具的失效形式 热挤压模具常见的失效形式有早期脆断、热疲劳、疲劳断裂、堆塌及磨损等。热挤压模具由于工作温度较高，因此，除脆断外，型腔堆塌及磨损就成为热挤压模具的主要失效形式。 2.3热挤压模具材料的选用 影响热作模具寿命的因素很多，例如模具的受力情况、工作温度、冷却方式，被加工材料的性质、变形量、变形速度以及润滑条件等。因此，在选择材料时，应根据模具的类型及具体工作条件合理的选用。
S136热处理工艺 在保护状态下，加热至780℃，然后在炉中以每小时10℃的速度，冷却至650℃，接着再置于空气中冷却。 应力消除 经过粗加工后，必须加热至650℃，均热2小时，缓慢冷却至500℃，然后置于空气中冷却 保温时间＝当钢材的表面及中心达到一致的淬火温度后，才开始计算在炉中的保温时间。 淬火时必须保护，以避免脱碳及氧化。 冷却介质 ●油 ●流动粒子炉或盐裕炉250－550℃分级淬火，然后冷却于高速空气中●高速气体/真空炉中具有足够正压的气体为求模具达到最适当的特性，在模具的变形程度可接受的条件下，冷速越快越好。于真空炉中热处理时推荐使用4－5b a r的气压。
钢材冷却至50－70℃应立即回火。 硬度、晶粒大小、残余奥氏体数量于奥氏体化温度的关系图。 回火 参照回火曲线图按所需硬度值选择回火温度。回火两次，每次回火后，必须冷却到室温，最低的回火温度为180℃（适用于小件）。保温时间至少两小时。 回火曲线图
注1：建议250℃回火求韧性，硬度及抗腐蚀性的最好组合。 注2：以上的曲线数据只适宜小型模具。模具可达的硬度要视模具的尺寸。 注3：应避免选用过高的奥氏体化温度与过低的回火温度＜250℃的组合，皮棉模具产生太大的应力。 尺寸变形 淬火及回火时的温度，不同种类的炉具及淬冷介质，会影响模具尺寸的改变。模具的尺寸与几何形状也同样重要。模具在加工时应预留加工量以弥补热处理后的尺寸变形。 在粗加工与半精加工之间建议预留0.15％作为S TAVA X E S T(S-136)的加工预留指标。 淬火过程的尺寸改变 试片100*100*25毫米经正规的热处理程序，在淬火时的尺寸改变。
关于模具热处理的一些经验分享~ 2016-01-01 1. H13模具钢如何热处理硬度才能达到58度？ 进行1050~1100度加热淬火，油淬，可以达到要求，但一般热作模具是不要求这么高的硬度的，这么高的硬度性能会很差，不好用，一般在HRC46~50左右性能好、耐用。 2. 模具热处理过后表面用什么洗白？ 问题补充：我是开模具抛光店的，一般模具都用油石先打过再拿去渗氮，渗氮回来又要用油石把那一层黑的擦白，再抛光很麻烦，不擦白打不出镜面来，材料有H13 的，有进口的好多种，如果有药水能洗白的话，就可以直接抛光了。 （1）可以用不锈钢酸洗液，或者盐酸清洗。喷砂处理也可以。磨床磨的话费用高，而且加工量大，有可能使尺寸不达标的。盐酸洗不掉的话，估计您用的是高铬的模具钢？是D2还是H13？高铬模具钢的氧化层比较难洗掉。用不锈钢酸洗液应该可以，磨具商店或者不锈钢商店都有卖的。 （2）你们没有不锈钢酸洗膏吗？那种可以。H13这类含铬比较高的模具钢，氧化层是难以用盐酸洗掉的。还有一个办法，我自己也在用。你们的模具既然已经油石磨过，表面就是比较光滑的。实际上，可以先只用粗的油石打磨，或者用
砂带打磨，之后就去热处理。回来之后再用细油石打磨。而我用的办法是，用纤维轮先打磨，就可以有效的把黑皮去除，再研磨抛光。或者喷砂，用800 目的碳化硼做一遍喷砂试试，应该就能够去除黑皮，还不需要化太多功夫重磨。 3.热处理厂对金属是怎么热处理的？ 热处理厂的设备非常多，炉子大概有箱式炉，井式炉，箱式炉用的最多，很多热处理都可以在这里面处理，比如退火，正火和淬火的加热过程，回火这些常见的热处理。 其实就是一个用电加热的炉子，先将炉子升温到预定温度，然后把工件丢进去，等待一段时间到预定温度，然后保温一段时间，然后取出，或者在炉子里一起冷却，井式炉一般是作为渗碳处理设备，是一个埋到地下的炉子，工件放进去之后，密封，然后往炉子里面滴入一些富碳液体，比如煤油或则甲醇，然后在高温下这些液体分解成碳原子渗入工件表面。 淬火池是淬火的场所，就是一个池子，里面有水溶液或者是油，就是箱式炉出来的工件淬火的冷却的地方，一般就是直接丢进去，然后等一段时间捞出来。还有其他的一些设备，比如高频机，就是一个可以将50 赫兹的工频电变成一个200K 赫兹电流的超大功率的设备，比如常见的有200 千瓦的最大功率，然后用一个内部通冷却水的铜管做的线圈放在工件的外面，一般几十毫米的工件，几秒种到十几秒的时候你就看到工件表面变红，表面温度到预定值的时候，然后有一个水套升上来喷淬火液到工件表面，完成淬火过程。常见的就这些了。 4．我们最近的Cr12 或Cr12MoV 的材料热处理和裂了几次了，为什么
（数控模具设计）冷冲压模具的热处理工艺
5.1冷冲压模具的常规热处理工艺 1退火 将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温壹定时间，然后缓慢冷却（壹般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。 根据处理的目的和要求不同，钢的退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等等。各种退火的加热温度范围和工艺曲线如图5-1所示。 （1）完全退火 完全退火又称重结晶退火，是把钢加热至Ac3之上20-30℃，保温壹定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺。亚共析钢经完全退火后得到的组织是F＋P。 完全退火的目的在于，通过完全重结晶，使热加工造成的粗大，不均匀的组织化和细化，以提高性能；或使中碳之上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷却速度缓慢，仍能够消除内应力。 45钢经锻造及完全退火后的性能见表5-1 表5-145钢锻造后和完全退火后的机械性能比较
完全退火主要用于亚共析钢，过共析钢不宜采用，因为加热到Accm之上慢冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，且可能在以后的热处理中引起裂纹。 （2）等温退火 等温退火是将钢件或毛坯加热到高于Ac3(或Ac1)的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某壹温度，且等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。 等温退火的目的和完全退火相同，但转变较易控制，能获得均匀的预期组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。 （3）球化退火 球化退火为使钢中碳化物球状化的热处理工艺。 球化退火主要用于过共析钢如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；且为以后的淬火作组织准备。 球化退火壹般采用随炉加热，加热温度略高于Ac1，壹边保留较多的未溶碳化物粒子或较大的奥氏体中的碳浓度分布不均匀性，促进球状碳化物的形成。若加热温度过高，二次渗碳体易在慢冷时以网状的形式析出。球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球化。保温后随炉冷却，在通过Ar1温度范围时，应足够缓慢，以使奥氏体进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成粒状渗碳体。 （4）扩散退火
材料與熱處理 一、填空題 1).金屬在加熱或冷卻過程中，發生相變的溫度稱為臨界點。(H0200F001A) 2).鐵素體為體心立方晶格。(H0200F002A) 3).自行回火是利用淬火冷卻后零件內部尚存的熱量，待其返回淬火層， 使淬火層得到回火。(H0200F003A) 4)常用的熱處理“四把火”是指、正火、退火、淬火、回火。(H0200F004A) 5).過冷奧氏體是指冷卻到A1溫度下，尚未轉變的奧氏體。(H0200F005A) 6).碳在a--Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體。(H0200F006A) 7).工業用的金屬材料可分為黑色金屬、有色金屬兩大類。(H0200F007A) 8).布氏硬度的符號用HR A和HRB 表示。(H0200F008A) 9).描述原子在晶體中排列方式的空間格架稱為晶格。(H0200F009A) 10).金屬在固態下，隨溫度的改變，由一种晶格轉變為另一种晶格的現象稱 為同素異構轉變。(H0200F010A) 11).鋼中最常見的雜質元素有S、Mn、Si、P等，其中Si和Mn是有益元素。 (H0200F011A) 12).45鋼按碳的質量分數WC分類屬于中碳鋼。(H0200F012A) 13)淬火的目的是為了獲得馬氏體或貝氏體組織。(H0100F013A) 14).馬氏體的硬度隨著含碳量的增加而增高。(H0200F014A)
15).淬火溫度過高，滲碳體全部溶解，淬火后殘余奧氏體增多，硬度偏低，則性能變 差。(H0200F015A) 16).深冷處理的目的主要是提高硬度、穩定尺寸以及提高鋼的磁性。 (H0200F016A) 17).時效處理的目的，使馬氏體繼續析出碳化物降低其正方度，使殘餘奧氏 體穩定化並消除殘餘應力。(H0200F017A) 18).感應加熱淬火后的零件也需進行回火處理，這是減少內應力、防止裂 紋發生及防止變形的重要工序。(H0200F018A) 19)熱處理就是將工件放在一定的介質中加熱、保溫和冷卻,通過改 變金屬材料表面或內部的組織結構來控制其性能的工藝方法. (H0200F019A) 20)退火是將鋼加熱至適當溫度,保溫一定時間,然后緩慢冷卻以獲得近于平衡態組織的熱處理工藝。(H0200F020A) 21)正火是將鋼材加熱到臨界點以上適當溫度,保溫一定時間,然后在空氣中冷卻,得到以索氏體為主的組織。(H0200F021A) 22)最常用的陽极氧化工藝是硫酸陽极氧化工藝。(H0200F022A) 23)淬火變形包括尺寸變化和形狀變化兩種。(H0200F023A) 24).灰鑄鐵中的碳是以片狀石墨形式存在的。(H0100F024A) 25).磨削裂紋的特征是，裂紋總是垂直於磨削方向或是裂紋呈龜甲狀。 (H0200F025A)
复习题与思考题 课题一金属材料的力学性能 (—)填空题 1. 机械设计常用和两种强度指标。 3．冲击韧性的符号是；延伸率的符号是；屈服强度的符号是。5．材料主要的力学性能有、、、、和。 (二)判断题 1．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。（） （） 4．各种硬度值之间可以互换。（） 6．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料
的塑性指标。（） (三)选择题 1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。 A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂 C 塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的 A．弹性极限B屈服强度 C 抗拉强度D条件屈服强度 4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用 A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC 问答题 1 零件设计时，选取σ0. 2 (σs)还是选取σb，应以什么情况为依据? 2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同? 3．常用的测量硬度方法有几种?其应用范围如何? 课题二铁碳合金组织观察 (一)填空题 1．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。 2. 实际金属存在有、和三种缺陷。位错是
缺陷。 10．金属常见的晶格类型是、、。 3. α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立 方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。 4．同素异构转变是指。纯铁在温度发生和多晶型转变。 (二)判断题 1．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，( ) 2．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。( ) 3．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。 纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶的基本过程是和 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为， 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 (二) 判断题 1. 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形
模具钢的处理 模具钢材的热处理方式与加工工序安排密切相关。在模具制造时，应当根据材料和加工工艺路线来选择热处理方法，制定相应得热处理工艺。 （1）一般冷作模具钢工作零件的热处理工序安排：筹造——退火——机械加工成型——淬火与回火—工修整。 （2）冷作模具钢采用成型磨削及电加工工艺：锻造——退火——机械粗加工——淬火或回火——精加工（磨削、电加工）。 （3）冷作模具钢复杂冲模的加工：锻造——退火——机械粗加工——高温回火或调质——机械加工成型——淬火与回火——磨削与电工加工成型。 大多数冷作模具钢使用状态为淬火与回火，模具硬度通常为60hrc，为了进一步提高模具表面硬度、耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，如渗碳、渗氮、渗硼氮碳共渗、td 法渗钒铌、化学气相村积（cvd）等作为最终热处理。 模具热处理 模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。 1 真空热处理 模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。 2 深冷处理 近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理(-196℃)，可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。 3 模具的高温淬火和降温淬火 一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080~1120℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃(2次)，模具寿命提高了数倍。 W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其淬火温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用1140~1160℃。 4 化学热处理 化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎
一.技术先进 QPQ盐浴复合处理技术是世界最新金属表面强化技术。该技术通过在金属表面渗入多种合金元素，从而大幅度提高产 品的耐磨性能。它被广泛用于汽车、机车、工程机械、纺织机械、轻工机械、仪表、工模具等各种行业。自德国DEGUSSA 公司推出QPQ技术后,其用户遍及德、美、英、日等国约800多家.如:美国的通用电器[GE]公司有该工艺不仅成功的取代了镀硬铬工艺,改善了机车柴油机缸套的耐磨、耐蚀性、而且降低了成本,同时消除了六价铬的公害;日本本田公司有数套自动化的QPQ设备分设国内外,有150多种汽车、摩托车零件采用了此技术,年处理量6万吨;丰田和日本公司每月数百吨零件采用此技术处理.国内的杀害大众汽车等众多厂家采用此技术有于大量处理曲轴、模具、工具、汽车、柴油机、摩托车、纺织配件等. 二.性能优良 1.比较的表面硬度 产品经QPQ处理2-3小时，总渗层可到达0.4-0.6MM，下面是部分材料 经QPQ处理后的白亮深度和硬度： 材料牌号举列前处理处理温度处理时间表面硬度Hv0.1 白亮层深度 纯铁 570 2-4小时 500-650 12-25μ 底碳钢 A3，20，20Cr 570 2-4小时 550-770 12-25μ 中碳钢 45，40Cr 570 2-4小时 550-770 12-25μ 高碳钢 T8，T12 570 2-4小时 550-770 2-25μ 氮化钢 38CrMoAL调质 570 2-4小时 950-1050 12-20μ 铸模钢 3Cr2W8V 淬火 570 2-3小时 950-1000 10-17μ 热模钢 5CrMnMo淬火 570 2-3小时 770-900 10-20μ 冷模钢 Cr12MoV高温淬火 520 2-3小时＞950 10-20μ 高速钢 W6Mo5Cr4V2[刀具] 淬火 550 4-45分钟 1000-1300
模具材料及热处理 1．金属组织 1.1金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 1.2合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 1.3固溶体 是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 1.4固溶强化 由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 1.5化合物 合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 1.6机械混合物 由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。 2.1.4硬度值对照表：
1.模具加工方法： 平面加工：龙门刨床刨刀 牛头刨床刨刀对模具坯料进行六面加工 龙门铣床断面铣刀 车削加工：车床车刀 数控车床车刀各种模具零件的回转面和平面 立式车床车刀 钻孔加工：钻床钻头、铰刀 横臂钻床钻头、铰刀 铣床: 钻头、铰刀 数控铣床钻头、铰刀加工模具的各种孔 加工中心钻头、铰刀 深孔钻：深孔钻头 镗孔加工：加工中心镗刀 卧室镗床镗刀镗削模具中的各种孔 铣床镗刀 坐标镗床镗刀 铣削加工：铣床立铣刀、断面铣刀 数控铣床立铣刀、球头铣刀铣削各种模具平面和曲面 加工中心立铣刀、球头铣刀 仿形加工球头铣刀 雕刻机小直径立铣刀
磨削加工：平面磨床砂轮 成型磨床砂轮 数控磨床砂轮磨削模具精密孔 光学曲线磨床砂轮 坐标磨床砂轮 内外圆磨床砂轮 万能磨床砂轮 电加工：型腔电加工电极电蚀切削难以加工的 线切割加工线电极部位精密轮廓加工 电解加工电极型腔和平面加工 切削加工：抛光加工抛光机砂轮、锉刀、砂纸、油石和抛光剂。 去除铣削痕迹，对模具零件进行抛光 非切削加工：挤压加工压力机挤压凸模难以切削加工的型腔 铸造加工铍铜压力铸造 精密铸造铸造设备、石膏模型铸造设备 铸造注塑模型腔 电铸加工电铸设备电铸母型精密注塑模型腔 表面装饰纹加工蚀刻装置蚀刻纹样板在注塑模型腔表面
2模具零件的热处理工序 1退火：将钢件加热到临界温度以上‘保温一定时间后随炉温或在土灰、石英砂中缓慢冷却的操作过程。 目的：消除模具的铸、锻件或冷压件的内应力，改善组织，降低硬度，提高塑性，以利于切削加工。 分类：扩散退火、完全退火、球化退火等。 扩散退火目的：适用于合金钢锭，消除合金钢锭中的成分不均匀性，故又称为均匀化退火。完全退火目的：主要用于含碳量在0.77%以下的亚共析钢，降低硬度，细化晶粒，消除冷 热加工应力。 球化退火目的：主要用于含碳量≥0.77%的钢，使碳化铁成球状，降低硬度，改善切削性 能，为淬火做准备。 不完全退火目的：主要用于含碳量高于0.77%的高碳钢，降低硬度，消除内应力。 等温退火目的：改善金相组织，降低硬度，改善切削加工性能。 再结晶退火目的：主要是消除冷加工后的组织变形，消除加工硬化。 2正火：将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间后取出，放在空气中自然冷却的操作过程。 目的：消除钢件的残余应力，降低硬度，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备。 应用：1.消除高碳钢中的网状碳化物； 2.代替低碳钢的完全退火，提高其韧性，改善其切削加工性能； 3.代替某些中碳钢、铸钢及铸铁件的完全退火，缩短加工周期。 4.作为预先热处理和随后热处理，为其他热处理做准备。 3.淬火：将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，随后放入淬火介质（水、油及盐
模具热处理工艺流程 模具热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 模具热处理工艺技术对于模具制造来说，最大的用处是进一步提高模具的精度，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气,消除氢脆,从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度;真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。 模具热处理工艺的方式有： (1)软化退火:其目的主要在于分解碳化物,将其硬度降低,而提高加工性能,对于球状石磨铸铁而言,其目的在于获得具有甚高的肥力铁组织。 (2)正常化处理:主要用于改进或是使完全是波来铁组织的铸品而获得均匀分布的机械性质。 (3)淬火:主要为了获得更高的硬度或磨耗强度,同时的到甚高的表面耐磨特性。 (4)表面硬化处理:主要为获得表面硬化层,同时得到甚高的表面耐磨特性。 (5)析出硬化处理:主要是为获得高强度而伸长率并不因而发生激烈的改变。 模具材料及热处理硬度： ⑴拉延模：板料厚度t≤1.2mm，凸、凹模及压边圈采用Mo-Cr合金铸铁(GM246或 GM241)，表面火焰处理，其硬度不低于HRC50。板料厚度1.2mm
热处理硬度为HRC58-62。 切边模：板料厚度t≤1.2mm，切边刀块刃口采用铸造或锻造的空冷钢7CrSiMnMoV(ICD5)，刃口火焰处理硬度为HRC50-55；板料厚度1.2mm
冲压模具材料的分类及强化处理技术 [摘要] ：随着现代制造技术的不断进步，尤其是汽车、电子、航空工业的快速发展，越来越多的产品要求模具在高温、高速条件下工作且具有高的耐磨性、抗氧化性等，在一定程度上给模具制造业带来了挑战。文章从常用冲压模具材料的种类、冲压模具材料的合理选择对热处理的影响、冲压模具表面处理技术等方面出发，对常用冲压模具材料的分类及处理技术进行相应分析。 [关键词] ：冲压模具材料；热处理；表面处理；模具材料性能 模具作为工业生产的重要工艺设备，在其实际应用过程中，具有生产效率高、材料利用率高、制件精度高、复杂程度高等优势，这些是其它加工制造技术无法比拟的。模具生产技术已经广泛应用在汽车、电子、机械、仪表、家电、航空等行业中。在很长一段时间内，模具作为重要工艺设备极大的促进了生产的发展，但是随着模具种类的不断增多，形状越来越复杂，加工工艺越来越困难，再加上热处理技术的限制，模具技术的发展速度逐渐缓慢，并出现各种质量问题。在这种情况下，有必要对模具材料的种类进行分析并选取合适的模具材料以及对应的处理技术，确保模具质量。 1 常见冲压模具材料的种类及性能 1.1 常见冲压模具材料种类 常见冲压模具材料主要包括碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高
铬工具钢、高速钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等。其中，碳素工具钢价格便宜、加工性能较好，热处理后硬度高、耐磨性好。一般在尺寸较小、形状简单且承受荷较小的模具零件中使用；低合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入适量的合金元素而形成的。它的优势是能有效的降低淬火冷却速度，将热应力和组织应力降至最低，同时减小淬火变形和降低开裂倾向；高碳高铬工具钢不仅具有高硬度、高强度、高耐磨性优势，还具有较好的淬透性、淬硬性、高稳定性等优势，热处理变形很小；高速钢硬度较高，还具有较高的抗压强度和耐磨性，通常采用快速加热和低温淬火工艺，在一定程度上改善了材料的韧性。但是高速钢中的合金元素含量较高、成本高、脆性较大，再加上其工艺性能不佳，不能广泛应用在工业生产中；基体钢是在高速钢的基础上添加少量的其它元素，在具有高速钢好的耐磨性和硬度的前提下，其抗弯强度和韧性均有所提高。一般用于制造冷挤压、冷镦模具；硬质合金一般具有较高的硬度和耐磨性，而钢结硬质合金的性能更佳，它是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂，以碳化钛、碳化钨等材料作为硬质相，用粉末冶金的方法烧结而成，用这种材料制作的模具坚固耐用，适合在大批量生产用模具上应用。 1.2模具材料性能 在模具材料的选用过程中，必须充分了解材料的使用性能和工艺性能。模具使用性能主要包括强度、硬度、韧性、耐磨性、抗疲劳性等。强度是材料抵抗变形能力和断裂能力的指标；硬度的高低将直接影响模具的使用寿命，对模具质量有重要影响；韧性反映材料在较强
5CrNiMo钢制热作模具热处理 工艺操作要点： 1）采用箱式电炉加热为防止模面和燕尾的氧化脱碳，必须加保护，如图6-49所示，即在装炉前将锻模工作朝下放入铁盘中，盘底上及燕尾槽面周围铺垫一层30~45mm厚的保护剂（旧渗碳剂或木炭末，加一些焙烧过的铸铁屑），上面用耐火泥或黄泥密封，圆角处缠上石棉绳。2）分段加热由于模具尺寸大，5CrNiMo钢导热性差，为减少加热时产生的热应力，采用分段加热，即加热至500~600℃保温4h后，缓慢升至840~860℃，保温6h。 3）预冷—淬火锻模加热保温后出炉，先去除铁盘和保护剂，清理模面，在空气中延时冷却至780~800℃（预冷约为8min），然后淬火40~70℃油中冷却。 4）严格控制在油中停留时间在油中停留约50~60min，整个模具冷却至约200℃左右（从油中取出时冒青烟而不着火）出油空冷，并及时将模具在300~400℃时装炉进行回火。 5）整体回火回火在箱式炉中进行，也需采用分段加热缓慢升温的方法。将淬火后的锻模装进300~400℃的炉内，保温3h，再缓慢升温至550~570℃，保温3~6h，回火后油冷。第二次回火要在第一次回火冷至室温后方可进行。最后再进行一次160~180℃低温回火。 6）燕尾回火如图6-50所示，将燕尾浸入600~650℃盐浴中加热，保温时间用观察模面回火色的方法来控制，回火前先将模面用砂纸打光当模面颜色呈深蓝色时即停止加热。也可用表面温度测试仪表，指示温度在230~270℃。出炉油冷至100℃左右转为空冷。燕尾部分可得到均匀的回火索氏体组织，硬度为HRC25～30。 7）局部保护淬火为了缩短热处理周期，还可采用盒盖保护燕尾淬火的方法，即在锻模淬火
（数控模具设计）模具材料 及热处理
模具材料及热处理 1．金属组织 1.1金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性且且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 1.2合金 由俩种或俩种之上金属或金属和非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 1.3固溶体 是壹个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另壹个组元的晶格中，而仍保持另壹组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体俩种。 1.4固溶强化 由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 1.5化合物 合金组元间发生化合作用，生成壹种具有金属性能的新的晶体固态结构。 1.6机械混合物 由俩种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是俩面种晶体，却是壹种组成成分，具有独立的机械性能。 2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，
又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表壹。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，且保持壹定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，能够直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有壹些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质俩种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出壹个正方形压痕。测量压痕俩对角线的平均长度d，借以计算压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有壹个连续壹致的标度；试验负荷可
模具钢常用到哪些热处理方法？其作用是什么？ 发布时间：2012/2/13 资讯来源：A-lancy 发布企业：金属表面处理的方法热处理就是将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，获得所需性能的一种加工工艺。模具制造过程中常用到的热处理方法有：退火、正火、淬火，回火、调质、渗碳、氮化处理。 ⑴退火处理 退火是将金属或合金表面加热到适当的温度，保温到一定的时间，然后随炉缓慢冷却的热处理的工艺，其实质是将钢加热到奥氏体化后进行珠光体转变。 ①退火作用 a. 降低钢的表面硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变变形加工； b. 细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，使钢的组织成分均匀，改善钢的性能活为以后的热处理做准备； c. 消除钢的内应力，以防止变形或开裂。 ②退火方法常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火、扩散退火和等温退火等。 a. 完全退火又称中结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢的冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺，适用于含碳量为0.3% ~0.6%的中碳钢和中碳合金钢。
b. 球化退火使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。常用的球化退火有普通球化退火和等温球化退火两种，此工艺主要用于共析钢和过析钢的模具、量具和刃具钢等。 c. 去应力退火为了去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成的参与应力及锻件内存在的残余应力而进行的退火工艺。 d. 再结晶退火又称中间退火，是指经冷形变后的金属加热再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新结晶成均匀的等抽晶粒，以消除变强化和残余应力的热处理工艺。 e. 等温退火就是将钢件或毛坯加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快的冷却到珠光体温度区间的某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后再空气中冷却的热处理工艺，此种退火方法主要用于冷奥氏体Ac比较稳定的合金钢。 ⑵正火处理 正火是将钢材或钢件加热到Ac3以上表面30 ~50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火的作用： a. 可消除过共析钢中的网状碳化物，改善钢的切削加工性能； b. 细化过热铸、锻件晶粒和消除内应力； c. 对含碳量小于0.4%的中、低碳钢可用正火代替退火做预先热处理； d. 含碳量在0.4% ~0.7%的不太重要的工作可在正火状态下使用。 ⑶淬火处理