模具的熱處理及表面強(qiáng)化技術(shù)

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1、第9章模具的熱處理及表面強(qiáng)化技術(shù)　　模具熱處理及表面強(qiáng)化是模具制造中的關(guān)鍵工藝之一，直接關(guān)系到模具的制造精度、力學(xué)性能(如強(qiáng)度等)、使用壽命以及制造成本，是保證模具質(zhì)量和使用壽命的重要環(huán)節(jié)。模具在實際生產(chǎn)使用中表明，在模具的全部失效中，由于熱處理不當(dāng)所引起的失效居于首位。在模具設(shè)計制造過程中，若能正確選用鋼材，選擇合理的熱處理及表面強(qiáng)化技術(shù)工藝，對充分發(fā)揮材料的潛在性能、減少能耗、降低成本、提高模具的質(zhì)量和使用壽命都將起到重大的作用。當(dāng)前模具熱處理技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)和模具的表面強(qiáng)化技術(shù)。

2、9.1模具的熱處理9.1.l模具鋼的熱處理　　模具鋼的熱處理工藝是指模具鋼在加熱、冷卻過程中，根據(jù)組織轉(zhuǎn)變規(guī)律制定的具體熱處理加熱、保溫和冷卻的工藝參數(shù)。根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同，熱處理工藝可分為常規(guī)熱處理、表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等）等?！　「鶕?jù)熱處理在零件生產(chǎn)工藝流程中的位置和作用，熱處理又可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。模具鋼的常規(guī)熱處理主要包括退火、正火、淬火和回火。由于真空熱處理技術(shù)具有防止加熱氧化、不脫碳、真空除氣、變形小及硬度均勻等特點，近年來得到廣泛的推廣應(yīng)用。1.

3、退火工藝　　退火一般是指將模具鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間，然后使其緩冷至室溫，獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其組織為鐵素體基體上分布著碳化物。目的是消除鋼中的應(yīng)力，降低模具材料的硬度，使材料成分均勻，改善組織，為后續(xù)工序(機(jī)加工、冷加工成形、最終熱處理等)做準(zhǔn)備?！　⊥嘶鸸に嚫鶕?jù)加熱溫度不同可分為：　　1）完全退火將模具鋼加熱到臨界溫度Ac3以上20~30℃，保溫足夠的時間，使其組織完全奧氏體化，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其目的是為了降低硬度、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力和

4、熱加工缺陷、改善切削加工性能和冷塑性變形性能，為后續(xù)熱處理或冷加工做準(zhǔn)備?！　?）不完全退火將鋼加熱到Ac1~Ac3（亞共析鋼）或Ac1~Accm（過共析鋼）之間，保溫一定時間后緩慢冷卻，以獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。不完全退火用于過共析鋼和合金鋼制作的模具。3）等溫退火將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫足夠的時間，使其組織完全奧氏體化，然后在低于Ac1溫度以下的適當(dāng)溫度進(jìn)行保溫，使奧氏體在此溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，完成組織轉(zhuǎn)變,然后從爐中取出空冷。等溫退火的特點是可以縮短退火時間，最適合用于合金工具鋼、高合

5、金工具鋼模具，有利于獲得更為均勻的組織和性能?！　?4)球化退火是使鋼中的碳化物球化，獲得球狀珠光體的一種熱處理工藝，它實際上是不完全退火的一種。球化退火主要應(yīng)用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。其目的是為了降低硬度、改善切削加工性能，以及獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，為以后的淬火作組織準(zhǔn)備。圖9.1.1為三種常用的球化退火工藝。　　圖9.1.1常用球化退火工藝圖9.1.2正火工藝1-一次球化退火；2-等溫球化退火；3-多次球化退火2.正火工藝　　正火工藝是將鋼加熱到Ac3(對于亞共析鋼)或Accm

6、(對于過共析鋼)以上適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，得到珠光體類型組織的熱處理工藝?！　≌鹋c完全退火相比，兩者的加熱溫度基本相同，但正火的冷卻速度較快，轉(zhuǎn)變溫度較低。冷卻方式通常是將工件從爐中取出，放在空氣中自然冷卻，對于大件也可采用鼓風(fēng)或噴霧等方法冷卻。因此，對于亞共析鋼來說，相同鋼正火后組織中析出的鐵素體數(shù)量較少，珠光體數(shù)量較多，且珠光體的片間距較小，對于過共析鋼來說，正火可以抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體的析出。鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性也比較高。正火工藝規(guī)范如圖9.1.2所示。3

7、.淬火與回火　　淬火和回火是模具鋼或模具零件強(qiáng)化的主要手段?！　摷訜岬脚R界點Ac1或Ac3以上一定溫度，保溫一定時間，然后以大于臨界淬火速度的速度進(jìn)行冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火?；鼗鹗谴慊鸸に嚨暮罄m(xù)工序，是將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度(根據(jù)回火后的組織和性能要求而定)，充分保溫后，以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行冷卻的熱處理工藝。淬火工藝的關(guān)鍵是要控制加熱速度、淬火溫度、保溫時間以及冷卻速度。(1)淬火溫度的確定淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以便淬

8、火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。淬火加熱溫度主要根據(jù)鋼的臨界點來確定。表9.1.1為常用模具鋼的相變點及淬火加熱溫度。另外，淬火溫度還應(yīng)考慮模具的形狀尺寸、原始組織等因素。表9.1.1常用模具鋼的相變點及淬火加熱溫度牌號Ac1或Ac3/℃淬火溫度/℃牌號Ac1或Ac3/℃淬火溫度/℃45T8A~Tl2A40cr60Si2MnGCr5　　　　　　780730780820745820~850770~800830~860840~870820~8609S