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葛利茲模具零件熱處理

3.5.1模具零件熱處理特點

通常所謂葛利茲模具熱處理實際上是指模具零件的熱處理。模具結構零件的熱處理與普通機械零件無異。下面介紹的是模具中受力復雜、服役條件惡劣，熱處理

技術要求高、難度大的工作零件或成形部分零件。如沖頭、凸模、凹模、型腔、型芯、刀片等。對于一個具體零件而言，除了選用的材質外，還有它的特有的形狀、結構、尺寸、技術要求；熱處理前后工序的配合和要求；熱處理時選用的設備和工裝、裝爐量及裝爐方式；生產組織及操作者的水平等，這些因素都有重大影響而應予考慮。所以即使是同一材料的模具零件，在不同的生產條件下，工藝也會有所差異。

零件所選用的材料的品種（材料的熱處理特性）和技術要求是熱處理工藝制訂的最主要依據，而材料的品質和熱處理前的冷熱加工質量是熱處理質量優劣的基礎。不管熱處理生產條件有何不同，在整個熱處理工藝過程中，都應遵照有關技術標準和工藝文件規定嚴加控制。

對于原材料或毛坯，在性能和金相組織上有證明已達到要求時，制造者就不必再進行預先熱處理。多余的重復的熱處理不僅是浪費而且有害無益。采用預硬化鋼的零件也同樣。

熱處理變形是模具零件熱處理的關鍵問題之一。要解決需從多方面著手。首先是葛利茲模具設計。要使零件結構工藝性良好；選材要講究價廉物美用其所長。價廉不單純是材料成本價格，物美是有良好的使用性能和工藝性能；零件的熱處理技術要求應科學合理，既要滿足零件的服役性能要求，又不增加熱處理的難度。第二是盡可能采用葛利茲預硬型鋼、微合金非調質鋼、時效硬化鋼、微變形鋼、易切削鋼。這些鋼種就是為減少零件熱處理變形而開發、推廣應用的。采用微變形的熱處理工藝，如滲氮、等溫淬火、分級淬火等。

利用高科技控制裝置和儀器1儀表檢測的熱處理裝備，使熱處理工藝的全過程控制達到智能化、人性化和網絡化。采用先進的熱處理設備和工裝來保證工藝的貫徹和質量控制是模具熱處理的發展方向，在現階段已成為可能和必要，以往在熱處理生產中主要依靠操作工人的經驗和技巧已難以滿足現代化生產的要求了。

模具零件熱處理實例從某一角度說明了葛利茲模具零件熱處理工藝的多樣性，最佳工藝的相對性。但是熱處理的基本原理和準則是不可違背的。下面介紹的一些實例是生產實踐的總結。經驗往往滯后于先進技術的發展和帶有一定的局限性，但它可以給人以啟迪和借鑒。參考時應結合自身的實際條件，舉一反三，觸類旁通。

3.5.2模具零件熱處理實例

例1 碳工鋼T10A高溫淬火

T10A鋼制作的鉚釘機風窩頭，技術要求59-62HRC。原工藝是780℃奧氏體化，堿液淬火，180-200℃回火�，F將奧氏體化溫度改為840℃,用水淬油冷雙液淬火，200℃回火2h,同樣達到硬度要求，但用改進工藝處理的風窩頭使用壽命，為原來的2-3倍。

此例說明最終熱處理與預先熱處理要匹配。表面上看本工藝僅采用了較高的奧氏體化溫度和快冷。其實此例鋼的預先熱處理（退火）是840℃完全退火，獲得的組織是片狀珠光體，硬度185HBS。因此在片狀珠光體原始組織條件下采用840℃淬火和低溫回火使風窩頭的抗壓強度、斷裂韌度提高，提高了葛利茲模具壽命。實踐證明此工藝適用于M22鉚釘機風窩頭，加工φ16-22mm的Q235鋼鉚釘和Z47-12型多工位聯合冷鍛機工序沖模。

水油雙液淬火方法在操作上是比較難控制的，對于操作水平低或形狀復雜、尺寸較大的模具零件不太適宜。

例2 3Cr3Mo3W2V鋼的精鍛噴管模，采用高溫正火，改善碳化物形態

3Cr3MO3W2V鋼是納標的新型熱作模具鋼。這一類鋼（尤其是較大截面時）在鍛后緩冷過程中碳化物易形成鏈狀或網狀，在以后的正常退火時難以改善或消除。具有這種組織的模具零件毛坯在以后的淬火回火處理時，雖然也能達到規定的硬度要求，但使用中模具仍有早期失效（脆斷）。正確的工藝過程是在退火前先進行高溫正火，稱“組織預處理”或“組織處理”，是簡單易行的有效方法。類似服役條件的模具如輯鍛成形模、C型軸承環成形模等也見效。

3Cr3Mo3W2V鋼精鍛噴管模的熱處理工藝過程如下：鍛后高溫正火（1130℃,空冷）一球化退火一淬火（1060-1130℃,油冷）一回火（600-680℃，兩次回火，每次1-2h，回火溫度和時間對不同對象可作調整)，硬度38-52HRC。

模具零件圖樣上，一般只標出硬度要求。根據質量定義：反映實體滿足明確和隱含需要的能力的總和。此例說明：金相組織是模具零件熱處理質量的隱含要求，是不能忽視的。

例3 CrWMn鋼冷沖模凸模低溫淬火

沖壓高硬度帶鋼（硬度≤240HV)的冷沖模。常規工藝和降低溫度淬火效果比較見表3-16。

表3-16CrWMn鋼冷沖模不同熱處理工藝的使用壽命

其他條件不變，僅把淬火溫度降低約30℃，就能取得很好的效果，因此在制訂工藝時針對零件特點是是重要的。

例4 20鋼齒模（鋸齒鎖緊墊圈沖模）

該沖模沖壓65Mn鋼鋼帶（硬度179-217HBS)。三種材料，六種工藝，有著不同的使用效果見表3-17。

表3-17齒模使用壽命比較

此例表明，采用價廉易得的20鋼只要有合適的熱處理工藝配合，也可獲得良好的技術經濟效果。Cd2MOV、TlOA鋼都是制造各類沖模的優良原材料，但工藝不當，效果就不好�？梢娔＞叩倪x材和熱處理有多種途徑。在葛利茲模具零件熱處理中異途同歸也是常見的。

例5 Cr12MoV鋼滾絲模

表3-18三種工藝，硬度都符合圖樣的熱處理技術要求，都是合格品，但使用壽命相差較大，其中等溫淬火最好，因等溫淬火獲得下貝氏體組織，有較好的強初性，由此可見，只符合硬度指標是不夠的。

表3-18是Cr12MOV鋼滾絲模的3種熱處理工藝及使用壽命的比較

例6 大型拉延模氣體氮碳共滲

汽車發動機油底殼拉延模，尺寸較大（1600mmX760mmX480mm),材料為球鐵QT600—3,通常采用火焰表面淬火。然后再滲氮，硬度要求≤420HV。工藝為：預先熱處理：900℃X31i正火（風冷)，600℃X21i回火。半精加工或精加工后，6{KTCX3h去應力退火，火焰表面淬火，42-48HRC，最后滲氮，硬度≤420HV10。由于火焰淬火是手工操作，不僅變形大而且硬度不均勻，有軟帶或軟點，成為早期失效（磨損）的主要原因。

工藝改進是把最終熱處理的火焰表面淬火和滲氮改為氣體氮碳共滲（軟氮化)。結果變形減少。符合工藝要求。表面硬度（見證試樣）433-464HV10,共滲層0.25mm。工藝為：580℃X(5-6)h,NH3+CO+N2混合氣體中共滲處理。共滲時升溫速度宜緩慢，以減少熱應力。

經氣體氮碳共滲的拉延模，使用壽命比火焰淬火的大為提高。

此例是利用了球鐵對氣體氮碳共滲工藝的適應性，而且生產單位具有大型的氮碳共滲爐子，因地制宜地利用了原有的生產條件。如果要新添大型設備和工作場地，則經濟上就不一定有利了。再則，滲氮前采用火焰淬火是多余的。

例7 裝載機齒輪坯熱鍛模

雙聯齒輪齒坯熱鍛模用5CrNiMo鋼制造。加工工藝路線為：下料一鍛造一退火一機加工一淬火回火一機加工一成品。熱處理技術要求，硬度41-45HRC。為防止加熱時氧化脫碳，加熱在RJJ-90井式氣體滲碳爐中進行。

曾用兩種工藝如圖3-26。在其他條件都相同的情況下，采用圖3-26b工藝的熱鍛模，使用壽命為圖3-26a工藝的高4倍。此例說明熱處理工藝的多樣性。

采用不同工藝都可達到圖樣或工藝文件所規定的要求。同時也說明最佳工藝的相對性。經調查分析，圖3-26a工藝的缺點是由于淬火冷卻不足，淬火時為了防止開裂，洋油時只估計表面達到150℃時，急于取出進行回火，其實心部溫度還高，沒有完成馬氏體轉變，心部是淬火索氏體組織，強度不足，造成早期失效。所以在進行比較時，不能與錯誤的工藝或有缺陷的工藝對比來說明其優秀或準確。這樣對比是沒有意義的。

例8 6Cr4W3Mo2VNb鋼冷沖模

6Cr4W3MO2VNb鋼是我國自行開發的新葛利茲鋼種，現已納標，俗稱65Nb。其性能優于一般的冷沖模鋼。制造多工位冷鐓機用螺栓壓角凸凹模，熱處理工藝為1120℃油淬，560℃回火2h兩次，硬度57-59HRC。其使用壽命，比Cr12MoV鋼制造的凸凹模（淬火回火并經氣體氮碳共滲處理）的壽命高出3-4倍。

但是，6Cr4W3MO2VNb鋼制造十字槽螺釘平圓頭沖模，用類似上述熱處理工藝、效果并不理想，主要是質量不穩定，部分出現早期失效。改用二次淬火，第一次1200℃油淬，第二次用低溫90(TC油淬，然后經450℃—次回火，效果較好，使用壽命提高，且質量穩定。

6Cr4W3Mo2VNb鋼作203軸承套圈溫鍛模凸模，同樣條件下與3Cr2W8V、W18Q4V和H13三種鋼作對比，使用壽命6Cr4W3Mo2VNb鋼最好。見表3-19。

表3-19幾種鋼的性能對比

此例特點是高溫加熱淬火（比正常淬火溫度高20-120℃)多一次200℃低溫回火，凸模尾部軟化。

6Cr4W3MO2VNb鋼在多種熱處理工藝作比較，獲得較高強籾性的工藝是1120℃加熱淬油，560℃Xl.〇h回火三次�？估瓘姸�4800MPa，沖擊初度108J/cm2。

6Cr4W3Mo2VNb是新鋼種，研究資料少和應用經驗不足是正�，F象，需要通過長期的、多方面的實踐考驗，所以工藝不成熟或多樣性不足為怪，隨著經驗的積累會逐漸成熟。對于其他新鋼種也是這樣。

例9 Cr12MoV鋼拉深模離子滲氮

蝸殼拉深成形模的凹模，熱處理工藝：

1)球化退火：860℃加熱，\保溫3h;740℃等溫，4h，爐冷到<500℃空冷；

2) 淬火回火：550℃預熱，1030℃奧氏體化，淬油：200℃回火，lh;硬度61HRC。

3) 離子滲氮：LD-60型離子滲氮爐，通入氨分解氣（爐外裂化)，爐壓保持在5X102-8X102Pa，電壓500-600V，電流密度1mA/cm2 。滲氮溫度500℃,時間5h。滲氮層總深度0.12mm,白亮層0.015mm,表面硬度1200HV。

與未經滲氮的同樣凹模相比，使用壽命提高2.5倍。此例說明表面強化處理有良好的作用。

例10 沖模滲硼

沖壓0.5厚硅鋼片的凸模，三種工藝情況見表3-20。

滲硼工藝：860℃X5h滲硼，760℃淬火（水冷)，250℃回火。

滲硼劑：B4C2%+KBF47%+木炭6%+SiC85%。

此例再一次表明模具零件選材和熱處理工藝有多樣性。某一工藝有其最佳的適合對象。絕對沒有一種“萬能”的工藝適合于所有的模具和任何一種鋼種。只有在科學理論指導下通過實踐來驗證合適的最佳工藝。

表3-20不同材料工藝的沖模使用壽命

例11 大型冷作模具成形零件等離子體滲氮

汽車覆蓋件拉延模，付車架、前后梁成形模，翻邊模，整形模等大型模具零件或鑲塊等，材料為鑄鐵（球鐵或CrMo合金鑄鐵)、鋼Cr12Mo1V1(D2)、經離子滲氮后提高模具質量和使用壽命十分明顯。未經滲氮處理的在使用時（彎曲，拉延）經常發生制件嚴重拉毛現象，需要經常對型腔拋光，影響生產率和生產進度。經滲氮的模具零件，制品沒有這種現象且制品表面光潔。上海熱處理廠接受幾十副模具零件滲氮，都取得了很好的效果和經濟效益。滲氮在特制的LD-2000型離子滲氮爐中進行，采用常規離子滲氮工藝（對于不同材質、原始組織和技術要求，工藝參數要作適當調整)。對修復模具零件效果更顯著。

表3-21是我國近年來研制的新模具鋼用于多種模具零件及相應的熱處理工藝以及應用的效果，這些鋼種大部分目前雖然尚未納，但應用的經濟效果很好，值得推廣。

表3-21新葛利茲模具鋼的應用及效果示例

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