模具热处理技术的现状与展望.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流模具热处理技术的现状与展望.精品文档.模具热处理技术的现状与展望摘要：模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的如下性能有着直接的影响。模具制造精度：组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。 模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度（硬度）达不到设计要求。模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，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，影响模具的工作寿命。模具的

2、制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共同提高。 20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。关键词：模具热处理； 模具钢； 真空淬火； 强化； Status and Prospect of the mold heat treatment technologyAbstract: mold heat

3、 treatment is an important process to ensure that the mold performance. It follows the mold performance has a direct Connected. Precision mold manufacturing: organizational changes uneven, incomplete, and the formation of heat treatment residual stress caused by the deformation of the mold after the

4、 heat treatment processing, assembly and mold during use, thereby reducing the accuracy of the mold, or even scrapped. The strength of the mold: heat treatment process developed improper heat treatment operations are not standardized or heat treatment equipment status is not intact, causing the hand

5、le mold strength (hardness) of the design requirements. The working life of the mold: the heat caused by the irrational structure, grain size, such as excessive, resulting in major performance, such as mold toughness, thermal fatigue performance, anti-wear performance decline, affect the working lif

6、e of the mold. Mold manufacturing costs: as an intermediate or final process of mold manufacturing process, heat treatment cracking, distortion-tolerance and performance ultra-poor, in most cases will die scrap, even if the repair can continue to use, will increase the working hours to extend the de

7、livery time, improve mold manufacturing costs. Is the heat treatment technology and the quality of the mold has a very close correlation, making the two kinds of technology in the process of modernization, mutual promotion and common. Since the 1980s, the fast-growing area of international mold heat

8、 treatment technology of vacuum heat treatment technology, the mold surface strengthening technology and pre-hardened mold material. Keywords: mold heat treatment; mold steel; vacuum quenching; carburizing; strengthening; wear resistance.一 模具热处理的现状1. 常用模具钢五十年代，我国模具用钢全部因袭国外钢号。进入六十年代，为了节约原材料和提高毛坯精度，少无

9、切削工艺和精密成形技术有了迅速的发展，为了提高生产效率，采用了许多高效压力加工设备，锻锤逐渐被压力机替代。原用模具钢的性能常不能满足服役条件对性能的高要求，影响了模具的使用寿命和压力加工新工艺新设备的推广应用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益广泛，对塑料模具用钢的需求量急剧增加，对塑料模具钢的性能也提出了新的要求，而我国当时尚无塑料模具专用钢。 六十年代以来，在国家有关部委的支持下，中国科技工作者结合国情，开发出不少新模具钢，其中一些使用性能优异、工艺性能也比较好的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间也引进了一些国外通用的钢号，其中有些钢号通过生产试用，取得良好的效果。对一

10、些使用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门还分别组织了性能对比试验研究，提出了选择和应用的建议。为满足高耐磨、长寿命模具的需要，五十年代末，我国硬质合金有了迅速的发展，同时也开发了多种钢结硬质合金，用做模具取得良好的效果。 本文分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、硬质合金和钢结硬质合金论述。1冷作模具钢 目前我国常用的冷作模具钢仍是低合金工具钢CrWMn和高碳高铬工具钢Cr12MoV及Cr12这些老的钢号。CrWMn钢有适当的淬透性和耐磨性，热处理变形小，但CrWMn钢锻后需较严格地控制冷速，并采用适当的热处理，使碳化物呈均匀细小的粒状，分布于基体上，否则易形成网状碳化物，导致模具在

11、使用中的崩刃和开裂。高碳高铬工具钢有高的耐磨性，但其碳化物偏析较严重，导致变形的方向性和强韧性的降低。通过反复镦拨可在一定程度上改善其偏析程度。 1981年，我国引入国际通用的高碳高铬工具钢(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV钢相比，2钢的碳化物偏析较之Cr12MoV略有改善，强度与韧性稍有提高，2钢制作的模具，其使用寿命亦有不同程度的提高。高速钢（主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V）有更高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足复杂大型和受冲击负荷大的模具的需要。 为了改善这类钢的强韧性，我国开发了一些新的冷作模具钢，如： 1.1低合金冷作模具钢 这类钢的主要特点是工艺性

12、好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，并具有适当的耐磨性。如G(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV（简称CH）、S钢等。G钢用于制作易崩刃、断裂的冷冲模具有高的使用寿命。CH钢的成分与日本的SX105V钢相同，是一种火焰淬火钢，常用于制做汽车等生产线上用的模具零件，火焰淬火时加热模具刃口切料面，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，从而使模具获得较高的使用寿命。S钢是一种冲击冷作模具钢，其冲击韧性显着优于常用的高韧性刀片用工具钢6CrW2Si。 1.2基体钢 基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。美国、日本在七十年代初即研究过牌号为VascoMA、VascoM

13、atrixI和MO2的基体钢，相当于M2和M36高速钢的基体，但未得到广泛的使用。我国研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、65W8Cr4VTi（简称LM1）65Cr5Mo3W2VSiTi（简称LM2）钢等。这些基体钢的主要特点是其含碳量稍高于基体的含碳量，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，还加入少量的强碳化物形成元素铌或钛，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。这类基体钢已较广泛地用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦等模具，特别适于难变形材料用的大型复杂模具，还可用做黑色金属的温热挤压模具。 1.3韧性较高的耐磨冷作模具钢 为了改善Cr12型冷

14、作模具钢的碳化物偏析，提高其韧性，并进一步增加钢的耐磨性，我国做了大量的研究工作，开发出不少新的钢种，如L、ER5和GM钢等。在这些钢中，适当降低了铬含量以改善碳化物偏析，增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。与Cr12型冷作模具钢比较，这类钢的碳化物偏析有所改善，有较高的韧性。这类钢比Cr12型冷作模具钢有更好的耐磨性，因而制做的模具有更高的寿命，更适于高速冲床和多工位冲床的使用。 2热作模具钢1 我国常用的热作模具钢为5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V钢。 5CrNiMo钢主要用做大中型锻模。但其淬透性不够高，回火稳定性也不高，其性能不能满足大截面锻模对性能的要

15、求。3Cr2W8V钢广泛用做黑色和有色金属热挤压模和Cu、Al合金的压铸模。这种钢的热稳定性高，使用温度达650?C，但钨系热作模具钢的导热性低、冷热疲劳性差。 我国在八十年代初引进国外通用的铬系热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)，H13钢有良好的冷热疲劳性，在使用温度不超过600?C时，代替3Cr2W8V钢，模具寿命有大幅度提高，因此H13钢迅速得到推广应用，其产量已超过3Cr2W8V钢。 为适应压力加工新工艺、新设备对模具钢在强韧性和热稳定性方面更高的要求，我国研制了不少的新热作模具钢，主要有： 2.1热锻模具钢 国内在八十年代，针对5CrNiMo钢的淬透性不能满足大截面锤锻模的需要

16、和使用温度不超过500的问题，对国内外用钢做过大量的分析对比和研究。研究工作表明，国外同类钢5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于国产5CrNiMo钢，并含有少量的V，因而其淬透性和回火稳定性均高于国产5CrNiMo钢，并建议选用5CrNiMoV钢，用于制做大型、复杂的重载荷锤锻模11。* 国内还开发了大截面热锻模具钢5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi钢，已获得较广泛的应用1。与5CrNiMo钢相比，这些钢中的碳含量稍低，提高了Cr和Mo的含量并加入适当的V和Si，因之有高的淬透性和热稳定性。45Cr2NiMoVSi钢中的碳和硅，较之5Cr2NiMoVSi钢，稍有降低，更

17、适宜于做锤锻模。这种钢用于制造4000t以上机械压力机锻模和3t以上锻锤模，使用寿命较5CrNiMo和5CrNiMoV提高0.51.5倍。3Cr2MoWVNi钢也是我国开发的一种热锻模用钢，有高的使用寿命。 2.2热挤压用模具钢 H13已是国内外广泛使用的热作模具钢，在使用温度不超过600?C时，有良好的冷热疲劳性能，用做热挤压模和铝合金压铸模，有比较高的使用寿命。但H13钢有较大的尺寸效应，国外采用炉外精练、高温扩散退火、等向锻造等工艺，以改善其尺寸效应，减小Cr和Mo的成分偏析，国内多采用电渣重熔等工艺。 我国研制了许多强韧性好、热稳定性高的热挤压用热作模具钢。一些钢是在国外钼系3Cr3M

18、o3V钢和铬系H13钢的基础上发展起来，并在合金化方面有一定特色，如HMI(3Cr3Mo3W2V)、TM(4Cr3Mo2WMnVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVB)、Y10(4Cr5Mo2SiV1)、H2(4Cr3Mo2VNiNbB)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)等钢。这些钢在保持较好的强韧性条件下，具有高的其热稳定性，分别用于制做热挤压模、精锻模、有色金属压铸模等，有良好的使用效果。 我国有关部门曾组织一些研究单位和使用单位，选择了27种国内外应用和新研制成功的热作模具钢，对其基本力学性能、工艺性能和使用性能进行测试和对比，并提出了各类热作模具的选材准则。 3塑料模具钢 塑料

19、成形用模具产值已在模具工业总产值中占首位。中国过去无专用塑料模具用钢。近年在引进国外塑料模具用钢的同时，自行研制和开发出一些新的塑料模具专用钢。 3.1预硬型塑料模具钢 这类钢在钢厂经过充分锻打后制成模块，预先热处理至要求的硬度（一般预硬至3035RHC）后，供使用单位制模。P20（即3Cr2Mo）是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，已列入我国合金工具钢标准，八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。718是瑞典生产的改型P20钢，较P20有更高的淬透性，调质后可在大截面尺寸保持硬度均匀一致，亦在我国得到较广泛地使用。 3.2易切削预硬钢 为了改善预硬塑料模具钢的被切削性能，可加入易切削元素。美国、

20、日本、德国都发展了一些易切削预硬钢。国外易切削预硬钢主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。S系易切削钢的各向异性较大，在截面增大时，硫化物的偏析比较严重。 我国研制了一些含硫易切削预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）和S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）。5NiSCa钢采用了S-Ca复合易切削系和喷射冶金技术，改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异性,在大截面中硫化物的分布仍比较均匀。5NiSCa钢有高的淬透性和镜面抛光性，模具硬度为3545HRC时，可顺利进行各种加工。 3.3非调质塑料模具钢 这种钢不经调度处理，锻、轧后可达到

21、预硬硬度，有利于节约能源、降低成本、缩短生产周期。我国开发的这类钢有：中碳锰硼系空冷贝氏体钢、可用于制作塑料模和橡胶模；非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT),钢中加入S、Ca、Re做为易切削元素，比S-Ca复合系易切削钢有更好的切削性能；低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢（B30），钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，硬度沿截面分布较均匀。 3.4时效硬化钢 我国开发了几种低镍时效硬化钢，这些钢经调质后进行机械加工，再经时效，通过析出金属间化合物提高硬度，热处理后变形很小。时效硬化钢适于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。

22、这类钢有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu（PMS）和06Ni6CrMoVTiAl等钢。这些钢经调质后，硬度为2030HRC，可进行机械加工，再经时效，硬度可达3842HRC、。 3.5耐蚀塑料模具钢 塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时，模具需具有防腐蚀性能，一般采用耐蚀钢制造模具，此时还要求有较好的耐磨性。常用的钢种为4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的一种耐蚀塑料模具钢，有较好的综合力学性能良好的抗蚀性。 4硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模

23、量和高的使用工作温度。用于制作某些模具，模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。目前,我国已可生产各类牌号的硬质合金，基本上可以满足国内市场的需要。 为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的需要，近年来，各国都研制出一些微晶（WC晶粒小于1微米）和超细晶粒硬质合金（WC晶粒小于0.6微米）,传统的硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.31.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良

24、好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。 钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢作粘接相形成的复合材料。钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，并具有可热处理性、可切削加工性、可锻性和可焊性这样一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国于60年代开始研制这种材料，已研制成多种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金，硬质相主要用TiC和WC，钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJ

25、W50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。 粉末冶金技术的发展和热等静压的应用，导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用，其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般高速钢，并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢，这类钢有较好的切削加工性和磨削性能，并有较好的韧性，制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的粉末冶金高耐磨冷模具钢，国内尚少研究。 2模具热处理 热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。它可以控制模具零件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀、磁性能等。还可以改善毛坯的组织和

26、应力状态，以利於进行各种冷、热加工。本文详细分析了中国模具热处理行业现状、存在问题，并提出些许对策。 1 中国热处理行业运行分析中国改革开放以来，模具热处理企业引进了先进的技术和设备，一些大型骨乾企业的生产技术有了明显的改观。国际模具及塑胶五金产业供应商协会负责人罗百辉指出，经过30年来的发展，中国东部沿海地区终於形成了今日的完全以市场经济为导向的热处理专业化生产格局。现在的热处理行业除了生产模具及其配件以外，还包括大量的机械零部件和五金配件等。但模具热处理仍然是这个行业的主营产品，现在仍然占有60%以上的市场份额。综观多年来中国模具热处理生产的发展状况，可谓市场导向特色明显。1.1市场快速响

27、应能力强模具热处理品种配套速度快，即从早年的小型简单的冷冲模具，到後来有大量需求的中小型冷作模具、热挤压模和压铸模，再到精密的塑胶模具，近30年来已经形成比较完整的模具热处理生产体系。模具热处理生产周期短。如今在珠江三角地区，今天送模具来热处理，明後天完工的要求相当正常，而相当多热处理厂家都能急市场之所急。1.2模具热处理专业化生产程度高许多厂家能针对所服务的模具厂产品组织专业化生产，如热处理或专做热挤压模，或专做铝合金压铸模，或专做塑胶成型模等。其专业化生产分工明晰，生产特色比较明显，产品质量比较有保证，市场竞争力各有所长。1.3模具热处理装备更新速度快中国制造业的迅速发展，模具生产市场的激

28、烈竞争，以及模具热处理的技术进步，极大地推动了模具热处理生产装备的配套与完善。热处理作为模具制造链上重要的一环，虽然其加工产值仅占模具产值很小的一部分，但热处理质量对模具的品质、附加值，以及使用寿命的影响却是关键和深远的。当前，特别是在汽车制造业和IT产业的强力拉动下，使得对模具的需求档次越来越高。热处理行业在未来的发展中，必须将模具热处理生产主要集中在技术含量高的中高档模具上，如汽车模具、中小型精密模具和大中型塑胶模具等，以进一步发挥其产业优势。2 一般模具热处理的方法模具制造的成本高，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

29、显着的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。常用模具表面强化处理工艺有化学热处理:渗碳、碳氮共渗等; 真空热处理；深冷处理；模具的高温淬火和降温淬火；模具材料的预硬化；气相沉积；高能束热处理；表面复层处理:堆焊、热喷涂、电火花表面强化、PVD和CVD等;表面加工强化处理:喷丸等如图表1。表1模具常用的热处理说明热处理名称定义目的应用正火把钢加热到临界温度以上，保温后空冷的操作消除应力，细化晶粒，改善组织，调整硬度，便于切削加工作为预备热处理，或用来消除网状渗碳体，为球化退火作准备退火完全退火把钢加热到临界温度以上，保温后缓慢冷却的操作消除应力，降低硬度，改善切削加工性能用于

30、模具锻件，铸钢件或冷压件的热处理球化退火把钢加热到临界温度以上稍高的温度保温后再冷至稍低于A的温度保温，然后空冷的操作消除片渗碳体，使其变成球状渗碳体，改善切削加工性能用于碳素工具钢及合金工具钢模具调质淬火后高温回火的操作既有较高的强度，又有较高的韧性作为模具零件淬火剂氮化前的中间热处理淬火将钢加热到相变温度以上，保温后快速冷却，获得马氏体，贝氏体的操作提高零件的硬度剂耐磨性用于模具零件的最终热处理回火将淬火零件加热至A以下某一温度，保温后冷却的操作消除淬火应力，调整硬度模具淬火后都必须回火渗碳将钢件放在含碳的介质中，加热至奥氏体化温度，将碳渗入钢件表面的操作提高零件表面的含碳量，使表面获得很

31、高的硬度和耐磨性，而心部具有良好的韧性在模具制造中用于导柱，导套的热处理氮化将钢件放在含氮的气氛中，加热至500600摄氏度，使氮渗入钢件表面的操作提高零件的耐磨性和耐蚀性用于工作负荷不大，氮耐磨性要求高级要求耐蚀的模具21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

32、模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，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。 按采用的冷却介质不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件（如模具）真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进

33、行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件（模具），它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、而腐蚀性等。 22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着提高了使用寿命。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。

34、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。2.3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。查资料2得3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为10801120，回火温度为560580。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

35、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。查资料3得W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用11401160。2.4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。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。 研究工作表明，高碳及低合金工具钢和中高碳高合金钢均可进行渗碳或碳氮共渗。高碳低合金钢渗碳或碳氮共渗时，应尽可能选取较低的加热温度和较短的保温时间，此时可保证表层有较多的未溶碳化物核心，渗碳和碳氮共渗后，表层碳化物呈颗粒状，碳化物总体积也有明显增加，可以增加钢的耐磨性。W6Mo5Cr4V

36、2和65Nb钢制模具进行渗碳以及65Nb钢制模具真空渗碳后，模具的寿命均有显着提高。 采用500650高温回火的合金钢模具，均可在低于回火温度的范围内或在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。 渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可以缩短渗氮时间，并可获得高质量的渗层。离子渗氮可以提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。 氮碳共渗可在气体介质或液体介质中进行，渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可显着提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模、拉伸模等均有很好的应用效果。 冷作模具和热作模具还可以进行硫氮或硫氮碳共渗。近年许多研

37、究工作都表明稀土有明显的催渗效果，从而发展了稀土氮共渗、稀土氮碳共渗等新工艺。 2.5渗硼和渗金属 渗硼可以是固体渗硼、液体渗硼和膏剂渗硼等，应用最多的是固体渗硼，市场上已有固体渗硼剂供应。固体渗硼后，表层的硬度高达14002800HV，耐磨性高，耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。 渗硼工艺常用于各种冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具，如热挤压模等。 渗硼层较脆，扩散层比较薄，对渗层的支撑力弱，为此，可采用硼氮共渗或硼碳氮共渗，以加强过渡区，使其硬度变化平缓。为改善渗硼层脆性，可采用硼钒、硼铝共渗。 渗金属包括渗

38、铬、渗钒、渗钛等工艺均可用于处理冷作和热作模具，其中T法（熔盐渗金属）已得到一些应用，可使模具寿命提高几倍乃至十几倍。2.6模具材料的预硬化模具在制造过程中进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺，自上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30（目前在60以上）。我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块（主要用国外进口产品）。模具材料

39、的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备，可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面，起步晚，规模小，目前还不能满足国内模具制造的要求。采用预硬化模具材料，可以简化模具制造工艺，缩短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬化模具材料会用于更多的模具类型。2.7气相沉积 气相沉积按形成的基本原理，分为物理气相沉积(PV)和化学气相沉积(CV)。 PV分为真空蒸镀、溅射镀和离子镀。离子镀是蒸镀和溅射镀相结合的技术，离子镀膜具有粘着力强、均镀能力好、被镀基体材料和镀层材料可以广泛搭配等优点，因而获得

40、较广泛的应用。近年来多弧离子镀受到人们的重视。目前在模具上应用较多的是离子镀TiN，这种膜不仅硬度高而且膜的韧性好、结合力强、耐高温。在TiN基础上发展起来的多元膜，如(TiAl)N、(TiCr)N等，性能优于TiN，是一类更有前途的新型薄膜。 CV是用化学方法使反应气体在基础材料表面发生化学反应形成覆盖层（TiC、TiN）的方法。CV有多种方法。通常，CV的反应温度在900以上，覆层硬度达到2000HV以上，但高的温度容易使工件变形，沉积层界面易发生反应。发展趋势是降低温度，开发新的涂层成分。例如，金属有机化合物CV(MOCV)，激光CV(LCV)，等离子CV(PCV)等。2.8高能束热处理

41、 高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束等。它们共同的特征是：供给材料表面功率密度至少103W/M2。它们的共同特点是：加热速度快，加热面积可根据需要选择，工件变形小，不需要冷却介质，处理环境清洁，可控性能好，便于实现自动化处理。国内外对高能束热处理的原理、工艺等均投入较多的研究，比较成熟的是激光相变硬化、小尺寸电子束处理和中等功率的离子注入，并在提高模具寿命方面获得了应用。2.9激光束表面强化技术激光束的能量密度很高，对材料表面加热速度极快，使整个基体的温度在加热过程中可以基本不受影响，因而，对处理件的形状、性能也不产生影响，因此采用激光束对材料进行表面改性技术是材料学科的一个新领域

42、，近二十年来，引起了广大材料研究人员的关注并得到了迅速的发展。激光束表面强化技术具有以下特点:第一、改性层有足够厚度，可满足工程要求，通常可达到0.10一1.Omm厚。第二、与气相沉积技术比较具有结合状态好，改性层内部、改性层和基体之间保持致密的冶金结合，不易剥落。其次，高功率密度的激光束能量集中，与模具表面作用时间短，适用于局部表面处理，由于对工件整体热影响小，所以热变形很小。第四、其工艺操作灵活简便、无污染、无辐射、能较大程度地改善劳动强度。3模具热处理存在问题模具钢热处理过程中工件内部组织和性能的变化无法实时监测，这是热处理质量控制难度大的原因之一。以工件炉内加热为例，人们只能测量和控制

43、炉膛的温度，只能从炉温的变化去推测工件内部温度场和组织的变化，作为制订加热规程和炉温控制的依据。至于淬火操作，目前没有一种传感技术手段可以实时反映冷却过程中温度场与组织变化的信息，所以有人将淬火冷却喻为“黑洞”，意指人们对其知之甚少，而有待挖掘的潜力巨大。 第二个原因是影响热处理质量的因素众多，例如淬火冷却介质的种类和成分，介质老化情况、介质的温度、介质搅拌、模具钢的成分波动和原始组织、奥氏体化温度的偏差和工件的表面状态等，都会对工件淬火的质量产生影响，使质量控制遇到很大的困难。影响热处理质量的因素不仅仅限于热处理过程本身，冶炼、锻造、塑性成形、预先热处理等各道工序都影响着最后热处理的质量，不

44、全面系统地掌握整个模具钢材料制造流程中各个环节之间相互影响的规律，就无法实现可靠的热处理质量控制。 第三个原因在于热处理质量检验的局限性。硬度测量是热处理质量检验最常用的方法，但只能测出表面硬度，无法反映内部质量，而且硬度并不能全面反映材料的组织和性能，抽样做解剖分析和综合性能测试，其结果也不能说明每一个零件的质量，所以仅仅依靠热处理后的检验，事实上并不能严格把住热处理质量关。潜伏的隐患常常在产品投入使用时才暴露甚至可能导致重大事故。1模具热处理中存在的问题及预防措施 11模具表面有软点 模具热处理后表面有软点，将影响模具的耐磨性、减少模具的使用寿命。 （1）产生原因 1）模具在热处理前表面有

45、氧化皮、锈斑及局部脱碳。 2）模具淬火加热后，冷却淬火介质选择不当，淬火介质中杂质过多或老化。 （2）预防措施 1）模具热处理前应去除氧化皮、锈斑，在淬火加热时适当保护模具表面，应尽量采用真空电炉、盐浴炉和保护气氛炉中加热。 2）模具淬火加热后冷却时，应选择合适的冷却介质，对长期使用的冷却介质要经常进行过滤，或定期更换。1.2模具热处理前组织不佳 模具最终球化组织粗大不均、球化不完善，组织有网状、带状和链状碳化物，这将使模具在淬火后易产生裂纹，造成模具报废。 （1）产生原因 1）模具钢材料原始组织存在严重碳化物偏析。 2）锻造工艺不佳，如锻造加热温度过高、变形量小、停锻温度高、锻后冷却速度缓慢

46、等，使锻造组织粗大并有网状、带状及链状碳化物存在，使球化退火时难以消除。 3）球化退火工艺不佳，如退火温度过高或过低，等温退火时间短等，可造成球化退火组织不均或球化不良。 （2）预防措施 1）一般应根据模具的工作条件、生产批量及材料本身的强韧化性能，尽量选择品质好的模具钢材料。 2）改进锻造工艺或采用正火预备热处理，来消除原材料中网状和链状碳化物及碳化物的不均匀性。 3）对无法进行锻造的碳化物偏析严重的高碳模具钢可进行固溶细化热处理。 4）对锻造后的模坯制定正确的球化退火工艺规范，可采用调质热处理和快速匀细球化退火工。 5）合理装炉，保证炉内模坯温度的均匀性。1.3模具产生淬火裂纹 模具在淬火

47、后产生裂纹是模具热处理过程中的最大缺陷，将使加工好的模具报废，使生产和经济造成很大损失。 （1）产生的原因 1）模具材料存在严重的网状碳化物偏析。 2）模具中存在有机械加工或冷塑变形应力。 3）模具热处理操作不当（加热或冷却过快、淬火冷却介质选择不当、冷却温度过低、冷却时间过长等）。 4）模具形状复杂、厚薄不均、带尖角和螺纹孔等，使热应力和组织应力过大。 5）模具淬火加热温度过高产生过热或过烧。 6）模具淬火后回火不及时或回火保温时间不足。 7）模具返修淬火加热时，未经中间退火而再次加热淬火。 8）模具热处理的，磨削工艺不当。 9）模具热处理后电火花加工时，硬化层中存在有高的拉伸应力和显微裂纹

48、。（2）预防措施 1）严格控制模具原材料的内在质量 2）改进锻造和球化退火工艺，消除网状、带状、链状碳化物，改善球化组织的均匀性。、 3）在机械加工后或冷塑变形后的模具应进行去应力退火（600）后再进行加热淬火。 4）对形状复杂的模具应采用石棉堵塞螺纹孔，包扎危险截面和薄壁处，并采用分级淬火或等温淬火。 5）返修或翻新模具时需进行退火或高温回火。 6）模具在淬火加热时应采取预热，冷却时采取预冷措施，并选择合适淬火介质。 7）应严格控制淬火加热温度和时间，防止模具过热和过烧。 8）模具淬火后应及时回火，保温时间要充分，高合金复杂模具应回火2-3次。 9）选择正确的磨削工艺和合适的砂轮。 10）改进模具电火花加工工艺，并进行去应力回火。1.4模具淬火后组织粗大 模具淬火后组织粗大，将严重影响模具的力学性能，使用时将会使模具产生断裂，严重影响模具的使用寿命。 （1）产生的原因 1）模具钢材混淆，实际钢材淬火温度远低于要求模具材料的淬火温度（如把GCr15钢当成3Cr2W8V钢）。 2）模具钢淬火前未进行正确的球化处理