模具的热处理及表面强化技术.doc

第9章模具的热处理及表面强化技术模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺之一直接关系到模具的制造精度、力学性能(如强度等)、使用寿命以及制造成本是保证模具质量和使用寿命的重要环节。模具在实际生产使用中表明在模具的全部失效中由于热处理不当所引起的失效居于首位。在模具设计制造过程中若能正确选用钢材选择合理的热处理及表面强化技术工艺对充分发挥材料的潜在性能、减少能耗、降低成本、提高模具的质量和使用寿命都将起到重大的作用。当前模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术和模具的表面强化技术。9.1模具的热处理9.1.l模具钢的热处理模具钢的热处理工艺是指模具钢在加热、冷却过程中根据组织转变规律制定的具体热处理加热、保温和冷却的工艺参数。根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同热处理工艺可分为常规热处理、表面热处理（表面淬火和化学热处理等）等。根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用热处理又可分为预备热处理和最终热处理。模具钢的常规热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。由于真空热处理技术具有防止加热氧化、不脱碳、真空除气、变形小及硬度均匀等特点近年来得到广泛的推广应用。1.退火工艺退火一般是指将模具钢加热到临界温度以上保温一定时间然后使其缓冷至室温获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。其组织为铁素体基体上分布着碳化物。目的是消除钢中的应力降低模具材料的硬度使材料成分均匀改善组织为后续工序(机加工、冷加工成形、最终热处理等)做准备。退火工艺根据加热温度不同可分为：1）完全退火将模具钢加热到临界温度Ac3以上20~30℃保温足够的时间使其组织完全奥氏体化然后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。其目的是为了降低硬度、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、改善切削加工性能和冷塑性变形性能为后续热处理或冷加工做准备。2）不完全退火将钢加热到Ac1~Ac3（亚共析钢）或Ac1~Accm（过共析钢）之间保温一定时间后缓慢冷却以获得接近于平衡组织的热处理工艺。不完全退火用于过共析钢和合金钢制作的模具。3）等温退火将钢加热到临界温度以上保温足够的时间使其组织完全奥氏体化然后在低于Ac1温度以下的适当温度进行保温使奥氏体在此温度下进行等温转变完成组织转变然后从炉中取出空冷。等温退火的特点是可以缩短退火时间最适合用于合金工具钢、高合金工具钢模具有利于获得更为均匀的组织和性能。(4)球化退火是使钢中的碳化物球化获得球状珠光体的一种热处理工艺它实际上是不完全退火的一种。球化退火主要应用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是为了降低硬度、改善切削加工性能以及获得均匀的组织改善热处理工艺性能为以后的淬火作组织准备。图9.1.1为三种常用的球化退火工艺。图9.1.1常用球化退火工艺图9.1.2正火工艺1-一次球化退火；2-等温球化退火；3-多次球化退火2.正火工艺正火工艺是将钢加热到Ac3(对于亚共析钢)或Accm(对于过共析钢)以上适当的温度保温一定时间使之完全奥氏体化然后在空气中冷却得到珠光体类型组织的热处理工艺。正火与完全退火相比两者的加热温度基本相同但正火的冷却速度较快转变温度较低。冷却方式通常是将工件从炉中取出放在空气中自然冷却对于大件也可采用鼓风或喷雾等方法冷却。因此对于亚共析钢来说相同钢正火后组织中析出的铁素体数量较少珠光体数量较多且珠光体的片间距较小对于过共析钢来说正火可以抑制先共析网状渗碳体的析出。钢的强度、硬度和韧性也比较高。正火工艺规范如图9.1.2所示。3.淬火与回火淬火和回火是模具钢或模具零件强化的主要手段。将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度保温一定时间然后以大于临界淬火速度的速度进行冷却使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。回火是淬火工艺的后续工序是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度(根据回火后的组织和性能要求而定)充分保温后以适当的速度进行冷却的热处理工艺。淬火工艺的关键是要控制加热速度、淬火温度、保温时间以及冷却速度。淬火温度的确定淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火加热温度主要根据钢的临界点来确定。表9.1.1为常用模具钢的相变点及淬火加热温度。另外淬火温度还应考虑模具的形状尺寸、原始组织等因素。表9.1.1常用模具钢的相变点及淬火加热温度牌号Ac1或Ac3/℃淬火温度/℃牌号Ac1或Ac3/℃淬火温度/℃45T8A~Tl2A40cr60Si2MnGCr5780730780820745820~850770~800830~860840~870820~8609SiCrCrl2MoV3Cr2W8VW6Mo5Cr4