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1、第9章模具的熱處理及表面強(qiáng)化技術(shù)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、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。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
2、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。熱處理可分為預(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。1．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。退火目的：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，
3、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。退火工藝根據(jù)加熱溫度不同可分為：1）完全退火2）不完全退火3）等溫退火4)球化退火圖9.1常用球化退火工藝圖9.2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(對于過共析鋼)以上適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢〞r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。3．淬火與回火將鋼加熱到臨界點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
4、，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。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。回火是緊接淬火的一道熱處理工藝，大多數(shù)淬火模具鋼都要進(jìn)行回火。目的是穩(wěn)定組織，減小或消除淬火應(yīng)力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的適當(dāng)匹配，以滿足不同模具的性能要求。決定模具回火后的組織和性能最重要的因素是回火溫度?；鼗鹂煞譃榈蜏亍⒅袦睾透邷鼗鼗?。4．真空熱處理在熱處理時，被處理模具零件表面發(fā)生氧化、脫碳和增碳等效應(yīng)，都會給模具使用壽命帶來嚴(yán)重的影響。為了防止氧化、脫碳和
5、增碳。利用真空作為理想的加熱介質(zhì)，制成真空熱處理爐。零件在真空爐中加熱后，將中性氣體通入爐內(nèi)的冷卻室，在爐內(nèi)利用氣體進(jìn)行淬火的為氣冷真空處理爐，利用油進(jìn)行淬火的為油冷真空處理爐。模具鋼經(jīng)過真空熱處理后具有良好的表面狀態(tài)，其表面不氧化、不脫碳，淬火變形小。而與大氣下的淬火工藝相比，真空淬火后，模具表面硬度比較均勻，而且還略高一點。（1）真空熱處理的特點（2）真空熱處理設(shè)備1）真空退火爐；2）真空淬火爐；3）真空回火爐（3）真空熱處理工藝9.1.2常用冷作模具鋼熱處理1．冷作模具的工作條件和對模具材料的性能要求冷
6、作加工是金屬在室溫下進(jìn)行沖壓、剪斷或形變加工的制造工藝，如冷沖壓、冷鐓鍛、冷擠壓和冷軋加工等。由于各種冷作加工的工作條件不完全相同，因此對冷作模具材料的要求也不完全一致。2．碳素工具鋼的熱處理要求不太高的小型簡單冷作模具可以采用碳素工具鋼。應(yīng)用較多的為T8A和Tl0A。Tl0A鋼熱處理后硬而耐磨，但淬火變形收縮明顯；T8A鋼韌性較好，但耐磨性稍差。除了碳元素以外，碳素工具鋼不含有其他合金元素，因此其淬透性較差，常規(guī)淬火后硬化層僅有1.5~3mm。碳素工具鋼淬火后得到馬氏體組織，使模具具有高硬度和耐磨性。3．低
7、合金模具鋼的熱處理冷作模具常用的低合金工具鋼有：CrWMn、9Mn2V、9SiCr、GCrl5等。此類鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，加入了適量的Cr、W、Mo、V、Mn等合金元素。合金元素總含量低于5%為低合金工具鋼。合金元素的加入提高了鋼的淬透性以及過冷奧氏體的穩(wěn)定性。圖9.3CrWMn鋼球化退火工藝規(guī)范圖9.49SiCr鋼球化退火工藝規(guī)范4．高合金模具鋼的熱處理高合金模具鋼有含高鉻和中鉻工具鋼、高速鋼、基體鋼等。此類鋼含有較多的合金元素，具有淬透性好、耐磨性高及淬火變形小等特點，廣泛用作承受負(fù)荷大、生產(chǎn)批量大
8、、耐磨性要求高及形狀復(fù)雜的模具。（1）高碳高鉻鋼成分特點是高鉻、高碳量，是冷作模具鋼中應(yīng)用范圍最廣、數(shù)量最大的。代表性鋼有Crl2、Crl2MoV、Crl2WCrl2MolVl(D2)等。該類鋼鍛后通常采用球化退火處理，退火后硬度為207~255HB。(2)高速鋼銅或鋁零件冷擠壓時，模具受力不太劇烈，一般可以采用Crl2型模具鋼。但黑色金屬冷擠壓時，受力劇烈，工作條件十分惡劣，對模具提出了更高的要求
