模具钢深冷处理技术

・模具材料及热处理技术・　

模具钢的强韧化热处理技术及其应用　

赵昌胜　安徽宿州模具热处理研究中心（安徽宿州２３４０００）　

【摘要】随着模具技术的发展，提高模具质量成为模具制造者所面临的重要课题，创新热处　

理工艺，采用强韧化热处理技术，是提高模具产品质量的重要途径，本文简要介绍了几项　

强韧化处理技术及应用效果。　关键词：模具钢；强韧化技术；应用　

中图分类号：ＴＧ１６２．６９　文献标识码：Ｂ　

Ｔｈｅ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｍｉｎｇ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｏｆ　Ｄｉｅ＆Ｍｏｌｄ　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｅ＆ｍｏｌｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｅ＆　

ｍｏｌｄ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｕｂｊｅｃｔ．ｄｉｅ＆ｍｏｌｄ　ｍａｋｅｒｓ　ａｒｅ　ｆａｃｉｎｇ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｍｉｎｇ　

ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｍｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏ￣ａｎｔ　ｗａｙ　ｔｏ　

ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｅ＆ｍｏｌｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅ＆ｍｏｌｄ　ｓｔｅｅｌ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

１　引言　

在一些模具制造者的观念里，模具的硬度越高，　模具的使用寿命越长，这种观点是错误的，模具的硬　

度和强度，虽然是模具所必须的，但是模具的使用寿　

S136热处理工艺

钢种代码 美国名 瑞典名 子加工形式

S-136 420ESR STAVAX ESR 软性退火

S-136 420ESR STAVAX ESR 消除应力

S-136 420ESR STAVAX ESR 淬火处理

S-136 420ESR STAVAX ESR 冷却介质

S-136 420ESR STAVAX ESR 回火

S-136 420ESR STAVAX ESR 尺寸改变

S-136 420ESR STAVAX ESR 淬火时的尺寸改变

S-136 420ESR STAVAX ESR 回火过程中的尺寸改变

软 性 退 火

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

淬 火

预热温度：600－850℃

淬火温度（奥氏体化温度）：1020－1050℃

常用温度：1030℃

温度

℃ 保温时间

分钟 回火前硬度

HRC

1020 30 56±2

1050 30 56±2

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4－5bar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。

-196℃深冷处理 7.6

前苏联列宁格勒工业大学研究了-196℃液氮中15min的深冷处理对高速钢转变的影响，试验结果表明，-70℃――-75℃到-130℃―― -140℃范围内进行深冷处理时发生马氏体转变，当冷却到-196℃时转变停滞。在-90℃――-120℃温度范围内，出现试样容积的见效，这证明马氏体已部分分解并在位错面上析出了碳原子和形成了超显微碳化物。可见，社冷处理使高速钢析出碳化物的颗粒明显增多，且弥散均匀，W18Cr4V钢经深冷处理后碳化物颗粒约增加8%，W6Mo5Cr4V2钢析出的碳化物颗粒约增加76%，基体组织亦明显细化。

（2）深冷处理对高速钢性能的影响。

深冷处理过程中，大量的残留奥氏体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20―60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减小，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗析出，均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界催化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了高速钢的性能，使硬度、冲击韧性和耐磨性都显著提高[3]。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由60HRC提高至62-63HRC，模具耐磨性增加30%―40%。

可看出深冷处理后模具的相对耐磨性提高40%，延长深冷处理时间后，在硬度没有太大变化的情况下，相对耐磨性ξ有所增大[4]。

（3）高速钢模具深冷处理工艺过程

为防止高速钢模具（特别是形状复杂的模具）在深冷处理中发生断裂和变脆，建议淬火后的高速钢模具在560℃回火1h再进行液氮深冷处理，然后在400℃进行最终回火30-60min，这种热处理工艺不但可以防止模具断裂和脆化，而且可以提高模具寿命1.5―2倍。

高速钢模具深冷处理工艺过程为”，模具除油垢→放入保温罐中→少量多次注入液氮→保温4h→取出模具→400℃回火45min。

！墨　！　二　ＣＮ４１—１１４８／ＴＨ　轴承２０１５年８期　Ｂｅａｒｉｎｇ　２０１５．Ｎｏ．８　

深冷处理对ＧＣｒｌ５轴承钢性能的影响　

李辉　，尹甜甜　，刘勇　

（１．开封大学机械与汽车工程学院，河南　开封４７５００４；２．河南科技大学材料科学与工程学院，　

河南洛阳４７１０２３）　

摘要：对ＧＣｒ１５轴承钢进行了不同时间的深冷处理，对其微观组织形貌和力学性能进行了表征。结果表明：随　

着深冷处理时间的延长，残余奥氏体含量大幅下降，马氏体晶界上有亚微米级碳化物颗粒析出，提高了轴承钢　

的强度和耐磨性；硬度呈小幅上升趋势，冲击功有所下降。　

关键词：ＧＣｒｌ５钢；深冷处理；微观组织；残余奥氏体；相对耐磨性　

中图分类号：ＴＨ１３３．３３；ＴＧ１４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—３７６２（２０１５）０８—００４１一ｏ４　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｂｅａｒｉｎｇ　

Ｓｔｅｅｌ　ＧＣｒｌ５　

Ｌｉ　Ｈｕｉ　，Ｙｉｎ　Ｔｉａｎｔｉａｎ　，Ｌｉｕ　Ｙｏｎｇ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋａｉｆｅｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ　４７５００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１０２３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ＧＣｒｌ５　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ・　

ｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ａｕｓｔｅｎｉｔｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａ—