答：熱作模具包括熱鍛模、壓鑄模和熱擠壓模，由于工作期間承受高溫金屬而被加熱，所以需要在高溫下，仍然保持較高的強(qiáng)度和耐磨性。
在通常的熱處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，往往只是寫明硬度要求，而沒有明確提出其他性能指標(biāo)，其他性能指標(biāo)只是隱含在熱作模具的前提中，這些指標(biāo)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)工藝過程進(jìn)行控制。
在熱處理過程中由于加熱溫度和保溫時(shí)間不充分，模具鋼中的合金元素沒有充分奧氏體，淬火回火組織就會(huì)出現(xiàn)回火不足現(xiàn)象，抗高溫強(qiáng)度就不夠，紅硬性差，使用中模具龜裂、早期開裂，變形等缺陷。
目前外加工協(xié)作的熱處理以硬度為標(biāo)準(zhǔn)來熱處理熱作模具的現(xiàn)象十分普遍。必須通過控制生產(chǎn)過程，使工件保溫充分，熱處理工藝以滿足紅硬性為標(biāo)準(zhǔn)，不能僅僅認(rèn)為達(dá)到硬度要求就是合格模具。
2、熱模具服役期間要做那些熱處理？
答：熱作模具鋼模具在服役期間做維護(hù)處理的工藝用：
1) 壓鑄模具在使用一段時(shí)間以后，在補(bǔ)充軟氮化；
2) 壓鑄模在使用一段后要進(jìn)行低于回火溫度的去應(yīng)力處理；
3) 鍛模在使用一段時(shí)間進(jìn)行去應(yīng)力處理。
3、合金模具鋼加熱速度需要控制嗎？
答：在熱處理淬火加熱過程升溫速度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，通常應(yīng)該采用緩慢的加熱方式，升溫速度小于120℃/h，比較理想，可以減少工件在加熱過程中變形，對(duì)淬火開裂也起到一定的預(yù)防作用。
在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中采用分段升溫的方法來達(dá)到控制升溫速度，實(shí)現(xiàn)緩慢加熱的效果。分段原則是在加熱相變Ac1之前預(yù)熱段和相變Ac1之后的預(yù)熱段。在＜550℃低溫階段是鋼的彈性階段，大于這個(gè)溫度以后是塑性階段，在加熱相變Ac1之前預(yù)熱段是保證工件在Ac1相變是均勻一致，減少相變引起體積變化，碳鋼的預(yù)熱通常在450～550℃，高合金鋼可以再550～650℃、820～850℃兩個(gè)階段預(yù)熱。預(yù)熱系數(shù)根據(jù)加熱爐型和裝爐量確定，無論何種狀態(tài)，預(yù)熱時(shí)間必須比最終奧氏體化時(shí)間長(zhǎng)。
對(duì)于鹽浴爐加熱的工件必須預(yù)熱，對(duì)于箱式電阻爐加熱的工件控制升溫速度，高于150℃ /h升溫速度是不合理的。
4、模具鋼采用調(diào)質(zhì)預(yù)處理的主要作用是什么？
答：模具毛坯的調(diào)質(zhì)處理的目的是，為了獲得硬度為18O～320HB的細(xì)球化體或超細(xì)晶粒碳化物。目前，國內(nèi)已推出不少新鋼種，并不斷提高現(xiàn)有鋼種的冶金質(zhì)量來滿足工模具的需要。同樣在熱處理方法上作了不少改進(jìn)，除最終熱處理不斷采用新設(shè)備(真空熱處理)、新工藝、新技術(shù)外，還對(duì)傳統(tǒng)的預(yù)先熱處理作了很大的變動(dòng)，并引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。如冷作、熱作模具原普遍采用的球化退火或等溫球化退火，現(xiàn)有些已改用調(diào)質(zhì)或超細(xì)化處理。合理的調(diào)質(zhì)工藝，可獲得良好的原始組織，以改善淬火工藝性能并提高淬火后的強(qiáng)韌性。
1）調(diào)質(zhì)處理的主要作用
⑴獲得分布均勻、顆粒細(xì)小、形狀圓整的碳化物。
⑵可有效地克服粗大珠光體、二次碳化物網(wǎng)或輕微帶狀偏析，以及大截面模塊心部的鑄態(tài)組織。
⑶可充分消除加工后的殘余應(yīng)力，減少淬火變形。
⑷可作為預(yù)硬化處理。
2）調(diào)質(zhì)處理的典型用途
⑴改進(jìn)表面加工質(zhì)量如碳工鋼或低合金工具鋼退火后硬度過低，加工后表面光潔度太差，可補(bǔ)充調(diào)質(zhì)成硬度為183～229 HB的細(xì)球化體組織，能顯著改善表面加工質(zhì)量。對(duì)40Cr、45等中碳鋼，調(diào)質(zhì)到260～300HB時(shí)，精加工后能獲得高的光潔度。
⑵防止淬火開裂
用于冷態(tài)輾軋、校直的成型軋輥，大多采用 9Cr2或Cr2鋼制作，一般采用噴水淬火或用氫氧化鈉水溶液浸淬，由于形狀復(fù)雜，易于淬裂，例如在精加工前，調(diào)質(zhì)為硬度197～229HB的細(xì)球化體既能保證良好的淬透性，又可以有效地降低淬裂傾內(nèi)。
⑶保證淬硬性
φ30mmCr2鋼軋輥，鹽浴加熱淬火后的硬度與毛坯的預(yù)處理工藝有關(guān)。退火毛坯的淬火硬度為65～66.5HRC，平均66HRC；調(diào)質(zhì)（毛坯850℃淬油，660～680回火，229HB）的淬火硬度為66～67HRC，平均66.8HRC，且硬度高而均勻，未發(fā)生淬裂。
⑷用于預(yù)硬化模塊的強(qiáng)化處理鋁合金壓鑄模采用滲氮表面強(qiáng)化時(shí)，均應(yīng)采用調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行預(yù)強(qiáng)化處理。塑料模具、沖壓有色金屬薄板或箔料的凹模，也可采用調(diào)質(zhì)預(yù)強(qiáng)化。調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行精加工。
5、常用模具鋼調(diào)質(zhì)預(yù)處理工藝規(guī)范是什么?
答：常用模具鋼調(diào)質(zhì)預(yù)處理典型工藝規(guī)范如表7-3：
表7-3 模具鋼調(diào)質(zhì)工藝規(guī)范
鋼 號(hào) | 箱式爐淬火加熱 | 淬火 介質(zhì) | 回火溫度（℃） | 回火時(shí)間（h） | 硬度（HB） | ||
加熱溫度（℃） | 加熱系（min/mm） | ||||||
T0A—T12A | 780～880 | 0.8～1.0 | 鹽水 →油 | 640～680 | 1～2 | 183～207 | |
Cr2 | 840～860 |
1.0～1.2 | 油 | 660～680 | 2～3 | 197～217 | |
9SiC r | 880～900 | 油 | 680～700 | 2～3 | 197～229 | ||
CrWMn | 840～860 | 油 | 660～680 | 2～3 | 207～229 | ||
MnCrW V | 840～860 | 油 | 660～680 | 2～ | 207～229 | ||
4Cr5MoSiVl （H13） | 1020±10℃ | 電阻爐時(shí)取值
0.5～0.6 | 鹽浴爐時(shí)取值
0.3～0.4 | 油 | 660～700 | 3～4 | 269～298 |
1160 | 油 | 720 | 雙重?zé)崽幚?/span> | ||||
1100 | 油 | 770 | 3～4 | 207～235 | |||
Cr12 | 870～900 | 油 | 720～750 | 3～4 | 257～269 | ||
Cr12MoV | 1020～1050 | 油 | 720～750 | 3～4 | 257～269 | ||
3Cr2W 8V | 1050～1080 | 650～680 | 2～3 | 257～269 | |||
① 采用電阻爐加熱時(shí)，工件應(yīng)該涂保護(hù)涂料或通入保護(hù)氣（氮?dú)?甲醇）； ② 加熱時(shí)間中有預(yù)熱的工藝，采用下限值，沒有預(yù)熱的采用上限值； ③ 鹽浴爐加熱時(shí)加熱溫度比箱式爐電阻爐低10～20℃ ④ 鹽浴爐加熱時(shí)的加熱系數(shù)取箱式爐電阻爐加熱系數(shù)的1/2。 | |||||||
6. 為什么T8加熱容易過熱？
答：用作冷模具的碳素工具鋼主要有T7A 、T10A 、T11A幾種，其中又以T10A 鋼應(yīng)用得最為普遍。冷模具較少采用T8鋼，主要原因是T8鋼淬火加熱時(shí)組織中沒有過剩的碳化物，甚至在加熱溫度比較低（780～790 ℃）的條件下，晶粒容易長(zhǎng)大，淬火加熱過熱敏感性大，使用韌性較差，耐磨性差。而過共析鋼T10A 、T11A在淬火后組織中還保留一些剩余的碳化物，可提高模具的耐磨性，加熱時(shí)能獲得比較小的晶粒，淬火時(shí)過熱敏感性小，熱處理可得到較高的強(qiáng)度和一定的韌性。這就是T10A 鋼應(yīng)用比較普遍的原因。碳含量超過1.1 %的過共析鋼T12A過剩的碳化物很多，并且顆粒較粗大，碳化物在組織中的分布也不均勻，容易形成網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀，使鋼的機(jī)械性能變壞。但是，對(duì)于韌性要求不高，只要求高硬度和耐磨性的切邊模和剪刀，T12A 還是可以采用的。
7. SKD11、SLD-8等模具鋼如何穩(wěn)定化處理？
答：SKD11的推薦淬火回火的熱處理工藝是：
（1）預(yù)熱500～600℃----第二次預(yù)熱820～860℃，淬火加熱980～1040℃，淬火介質(zhì)：油冷或氣淬；淬火硬度60～65HRC；
（2）預(yù)熱500～600℃----第二次預(yù)熱820～860℃，1060～1100℃，淬火介質(zhì)：油冷或氣淬；淬火硬度60～65HRC；回火方式有：低溫回火：180～230℃×2～3次，硬度58～62；高溫回火：510～520℃×2～3次，硬度58～62HRC；
SLD-8模具鋼是1%C-8%Cr-2%Mo-V系模具鋼，熱處理工藝是：預(yù)熱500～600℃----第二次預(yù)熱750～800℃，淬火加熱溫度1020～1040℃，淬火介質(zhì)選擇氣淬；淬火硬度60～65HRC；低溫回火：150～250℃×1次，≥58HRC硬度；高溫回火：525～550℃×1次，硬度≥62HRC； 注意實(shí)際使用中應(yīng)該至少2～3次回火。
這類冷作模具鋼的穩(wěn)定化處理通常采用的是在熱處理淬火之后接著進(jìn)行冷處理，然后在進(jìn)行低溫回火或高溫回火。對(duì)于線切割的工件必須經(jīng)過高溫回火。冰冷的處理溫度≤-120℃，采用液氮冷卻介質(zhì)。使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變，提高使用中的尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于不做冷處理的工件應(yīng)該采用在2～3次高溫回火之和最終機(jī)械加工之后再進(jìn)行400℃的回火溫度來代替，實(shí)踐證明同樣可以達(dá)到冰冷處理的穩(wěn)定尺寸的效果。
8. 熱作模具鋼淬火中貝氏體組織是否有害？
答：熱作模具鋼應(yīng)先淬火得到馬氏體組織，然后在經(jīng)過高溫回火獲得高韌性等使用性能要求。如果在淬火組織中存在貝氏體，在高溫回火時(shí)，將沿著條狀的α相的晶界析出碳化物，并在該處集聚長(zhǎng)大，使鋼的沖擊韌性降低，出現(xiàn)“貝氏體脆性”。為了避免出現(xiàn)“貝氏體脆性” , 應(yīng)增加淬火冷卻強(qiáng)度，防止工件高溫時(shí)進(jìn)入回火工序，同時(shí)盡量避免在淬火過程中在貝氏體溫度間分級(jí)或等溫處理。為了防止開裂而必須采用分級(jí)處理時(shí)盡量縮短分級(jí)等溫時(shí)間，分級(jí)時(shí)間保證工件表面和心部溫度達(dá)到一致就轉(zhuǎn)為冷卻工序，淬火后的組織中的貝氏體量限制在15 %以下。～520℃×2～3次，硬度58～62HRC；
SLD-8模具鋼是1%C-8%Cr-2%Mo-V系模具鋼，熱處理工藝是：預(yù)熱500～500℃----第二次預(yù)熱750～800℃，淬火加熱溫度1020～1040℃，淬火介質(zhì)選擇氣淬；淬火硬度60～65HRC；低溫回火：150～250℃×1次，≥58HRC硬度；高溫回火：525～550℃×1次，硬度≥62HRC； 注意實(shí)際使用中應(yīng)該至少2～3次回火。
這類冷作模具鋼的穩(wěn)定化處理通常采用的是在熱處理淬火之后接著進(jìn)行冷處理，然后在進(jìn)行低溫回火或高溫回火。對(duì)于線切割的工件必須經(jīng)過高溫回火。冰冷的處理溫度≤-120℃，采用液氮冷卻介質(zhì)。使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變，提高使用中的尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于不做冷處理的工件應(yīng)該采用在2～3次高溫回火之和最終機(jī)械加工之后再進(jìn)行400℃的回火溫度來代替，實(shí)踐證明同樣可以達(dá)到冰冷處理的穩(wěn)定尺寸的效果。
9. 高速鋼用作模具時(shí)的熱處理奧氏體化加熱的溫度是多少？
答：常用高速鋼有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等注意在刀具上使用。近年來，隨著冷沖壓、冷軋加工用的各種機(jī)械的高速度化及復(fù)雜化，模具使用壽命要求日益提高，一般常用的碳素工具鋼及合金工具鋼，在強(qiáng)度還是在耐磨性能方面，都不能滿足要求，所以選用高速鋼來制作這些模具。但是經(jīng)過常規(guī)刀具熱處理工藝處理的高速鋼，最大缺點(diǎn)在于韌性不高，使用中容易崩刃或斷裂。為了提高韌性，首先考慮用降低高速鋼的淬火加熱溫度和回火溫度，來使之滿足工作上的要求，在常溫下使用的冷作模具，其耐磨性能及韌性要比熱硬性更重要，經(jīng)過試驗(yàn)證明：降低溫度淬火處理正是提高韌性并保持耐磨性的有效手段。
由于高合金化的緣故加熱降低不能太多，否則出現(xiàn)淬火硬度低的現(xiàn)象，一般通過兩次預(yù)熱：600℃一次預(yù)熱，鹽浴爐的預(yù)熱加熱系數(shù)ａ=1～2min/mm，830℃二次預(yù)熱，鹽浴爐的預(yù)熱加熱系數(shù)ａ=0.4～0.5min/mm，最終奧氏體化的溫度分別是：W18Cr4V淬火加熱溫度1200～1240℃，W6Mo5Cr4V2淬火加熱溫度1800～1200℃，W9Mo3Cr4V （Ac1≈835，℃Ac3≈875℃）淬火加熱溫度1800～1200℃，鹽浴爐的預(yù)熱加熱系數(shù)ａ=0.2～0.3min/mm，裝量一般不要太多，防止加熱不均勻，淬火冷卻可以采用油冷或者高壓氣淬；晶粒度在10～10.5級(jí)。回火溫度可以在550～590℃之間根據(jù)硬度值需要選擇。回火次數(shù)2～3次。硬度控制在60～62HRC之間比較理想。
10. CrWMn鋼熱加工時(shí)容易出現(xiàn)何種缺陷組織？
答：CrWMn鋼具有高的淬透性，工件尺寸在?40～?50mm以下時(shí)，在油中可以淬透，因含有W，在淬火和低溫回火后含有較多的碳化物，具有較高的硬度和耐磨性。 W還能細(xì)化晶粒，使鋼獲得較好的韌性并減小過熱敏感性，正常情況，希望獲得均勻分布的細(xì)小碳化物，但熱加工不當(dāng)時(shí)易成網(wǎng)狀，使鋼韌性變差，易于崩落，降低模具壽命。所以應(yīng)嚴(yán)格控制熱加工工藝。當(dāng)原材料網(wǎng)狀碳化物嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)反復(fù)鍛造，破壞網(wǎng)狀，并快冷至650～700℃ 后緩冷，以防再形成網(wǎng)狀。
CrWMn鋼的熱處理工藝：
1）退火工藝：
2. CrWMn鋼鍛造后均需要等溫球化退火處理，退火加熱溫度：790～830℃，等溫溫度700～720℃，退火后的組織比較均勻，退火硬度約為255～207HBS。由于CrWMn鍛后易成網(wǎng)狀的特點(diǎn)，鍛后有較嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物析出，則在球化退火之前應(yīng)進(jìn)行一次正火處理，正火溫度為 930～950℃，然后空冷。
2）淬火工藝：
淬火加熱溫度820～540℃，保溫時(shí)間根據(jù)不同爐型以及裝爐量確定。油淬硬度為63～65HRC，直徑φ40～φ50mm的鋼件油中可以淬透。CrWMn鋼經(jīng)860℃加熱、280℃等溫淬火后，強(qiáng)韌性明顯提高。CrWMn 鋼的淬透性特點(diǎn)是波動(dòng)范圍大，通常直徑φ40～φ50mm的鋼件油中可以淬透。
3）回火工藝：
回火溫度160～200℃，回火硬度60～62HRC。
11. 模具鋼中反常組織是什么原因引起的？
答：反常組織工件在奧氏體化加熱后緩慢冷卻，在冷卻組織中出現(xiàn)晶界網(wǎng)狀碳化物和包圍這個(gè)網(wǎng)狀碳化物的鐵素體組織。在熱作模具鋼3Cr2W8、H13中在鍛造之后采用停鍛時(shí)的溫度時(shí)沒有采用正確的冷卻工藝，應(yīng)該首先快冷到700℃以下，再進(jìn)行退火處理，反而是采用(Ar1～Acm溫度范圍)進(jìn)行余熱退火處理。由于鍛造溫度加熱溫度過高，高溫奧氏體化加熱充分，合金碳化物溶解完全，在緊接著的余熱退火保溫過程中，奧氏體中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集長(zhǎng)大，形成網(wǎng)狀碳化物，并造成碳化物與晶粒之間形成貧合金、貧碳的鐵素體帶，即反常組織。碳化物形式有M2C、M23C6。
熱作模具鋼的碳含量3Cr2W8、H13分別在0.30%～0.40%，0.32%～0.4%，形成的碳化物細(xì)小，不容易檢查。往往容易忽略。加上市場(chǎng)價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)，往往不會(huì)采用高溫正火等工序來消除，這種組織就遺傳給最終熱處理。
碳化物M23C6在900℃以上開始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奧氏體中，M2C只能在1150～1200℃的溫度部分溶解于奧氏體中，熱處理淬火后網(wǎng)狀碳化物遺留下來，同時(shí)使淬火硬度也會(huì)降低。具有這種組織模具的使用壽命很低，一般以早期開裂為主，開裂形式是碎裂成多塊。
12. 模具鋼能否使用保護(hù)氣氛加熱進(jìn)行熱處理？
答：模具鋼中有高碳類、中碳類，熱處理加熱溫度有中溫和高溫。目前采用熱處理的爐型主要有中、高溫箱式電阻爐、鹽浴爐、真空爐。很少采用少無氧化的保護(hù)氣氛爐做模具鋼的熱處理。一方面是加熱元件和耐熱鋼合金的壽命短，另一方面是保護(hù)氣體的選用問題。
例如：5CrMnMo等中溫加熱處理的模具采用箱式爐（或室式爐）進(jìn)行淬火加熱，為了避免氧化、脫碳，一般采用裝箱加熱，使用木炭或舊滲碳劑填充保護(hù)。這樣可能造成模具表面滲碳。滲碳除了掩蓋了模具本身的真實(shí)硬度外，主要缺陷還是極容易產(chǎn)生表面熱疲勞裂紋，異致早期脆裂或壽命降低，生產(chǎn)實(shí)踐中這種情況相當(dāng)普遍，一些鍛型模具的熱疲勞裂紋，實(shí)際就是由于滲碳而引起。
在實(shí)際生產(chǎn)中可以采用甲醇滴注式氣體作為保護(hù)氣體來處理中碳合金鋼模具，例如：H13、H11、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo等，熱處理奧氏體化加熱時(shí)間在4～6h時(shí)，脫碳層小于0.6mm。使用甲醇?xì)怏w時(shí)注意在720℃以下溫度不要通入，防止引起爐內(nèi)氣體爆炸。甲醇?xì)怏w的通入量從排除廢氣的火苗高度來判別，一般在100～200mm就可以了。過小的通入量，氣氛的還原性不夠，雖然出爐的工件不會(huì)氧化，但是會(huì)增加脫碳深度。
對(duì)模具鋼進(jìn)行氮基氣氛保護(hù)淬火試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1100℃ 以上加熱時(shí)，碳勢(shì)控制不穩(wěn)，甚至出現(xiàn)碳勢(shì)急劇下降現(xiàn)象。因此氮基氣氛熱處理使用溫度應(yīng)控制在1050℃以下為宜。
至于高碳合金模具鋼，例如Cr12型 冷作模具鋼的保護(hù)氣氛，仍然可以選用甲醇?xì)怏w。
13. 模具鋼尺寸在≥200mm時(shí)，如何確定其回火時(shí)間？
答：大多資料推薦回火2h或沒有說明回火時(shí)間，推薦的保溫時(shí)間在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)該做比較的的修正，資料中的數(shù)據(jù)應(yīng)該是指模具表面以及心不均到溫后的保溫時(shí)間，如果按照在儀表到溫時(shí)即開始計(jì)算時(shí)間，對(duì)于大型模具如果保溫2h顯然是不夠的，稍大一點(diǎn)的模具就不能透燒。
高、中合金模具鋼在電阻爐中于520～650℃左右加熱時(shí)，單件加熱到溫的加熱時(shí)間約1min/mm，直徑或厚度為200毫米的模具，在有循環(huán)風(fēng)機(jī)或無循環(huán)風(fēng)機(jī)的情況控制儀表到溫后加熱時(shí)間需要150～200min的透燒時(shí)間，保溫120分，回火時(shí)間共需5～6h。如果考慮多件裝爐時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具之間的間距考慮間隔系數(shù)。間隔系數(shù)只考慮在加熱時(shí)間內(nèi)，不包括保溫時(shí)間。如直徑?200mm的模具間距100mm裝爐系數(shù)按1.5min/mm，加熱時(shí)間，則應(yīng)為200min×1.5min/mm ，加上保溫2h總回火時(shí)間 8 h。對(duì)于模具厚度在100～200mm尺寸，散放多件裝爐，高溫回火時(shí)間需要在5～8h之間調(diào)整。
也可以參照按模具厚度或直徑以25～30mm/h的方法計(jì)算總回火時(shí)間。
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