热处理工艺在模具制造过程中的应用研究

吴博

摘要：在模具制造过程中，热处理工艺有着重要的意义，本文从热处理工艺进行深入研究，提出正确的热处理工艺是延长模具使用年限、提高模具性能的重要因素，是保证模具质量的重要环节，对热处理工艺进行了比较全面的介绍和分析。

关键词：热处理工艺；模具制造；应用；研究

引言：

模具制造包括各种复杂多样的机械加工流程和热加工工艺，在这一系列复杂的工序中，牵涉到很多热处理工艺和热处理环节，模具热处理是确保模具性能的重要部分，在模具结构、材料、工作环境各有所需的情况下，应用热处理工艺能够充分发掘材料的潜力，延长模具的使用年限。

一、预备热处理在模具制造中的应用

模具的热处理包括预备热处理、最终热处理和表面强化处理。预备热处理工艺对模具的最终热处理有着重要影响，预备热处理是模具热处理的基础。

1 球化退火

球化退火一般应用于共析钢和过共析钢，比如碳素工具钢、轴承钢等。这类钢经过轧制、锻造后空冷，所得的组织是片层状珠光体和网状渗碳体，这种组织本身质地硬而脆，难以进行切割加工，同时在后期的淬火中也容易变形和开裂。经过球化退火所得的球状珠光体组织，相比于片状珠光体，其质地硬度低，易于切割加工，在淬火过程中奥氏体晶粒也不容易长大，冷却时工件变形和开裂倾向较小。

2 去应力退火

去应力退火是用于去除由于塑性形变加工、焊接等导致的以及铸件内存在的残留应力而进行的退火，一般用在消除铸件、焊割件、冷冲压件的残留应力上，确保其稳定性，避免淬火变形开裂。在大切削量的机器加工后，进行去应力退火，能够有效去除机械加工的应力，减少最终热处理的淬火变形量。在放电加工前后进行去应力退火，有助于去除电脉冲、线切割引起的热应力、组织转变应力，还能够削弱放电白层的硬度，给钳修创造良好的条件，有效降低开裂的倾向，同时还可以延长模具的使用年限，在模具使用一段时间后进行去应力退火，能够去除模具的疲劳应力，也能延长模具的使用寿命。原则上来说去应力退火的温度是越高越好，但经调制处理，最后对模具进行氮化处理，实际温度不能比调制时的回火温度高，避免基体软化的情况出现导致模具性能质量的下降。根据相关实验结果来看，当模具形状复杂、尺寸要求严格时，在粗加工之后，精加工之前应进行去应力退火。

3 正火

正火是把工件加热到Ac3或者Acm以上30-50度，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾冷却的金属热处理工艺。正火工艺作为预备热处理工艺一部分在模具的制造中主要有三个作用：其一是改善低碳模具钢的切削加工性能，针对含碳量低于0.25%的碳素钢和低合金结构钢，如果采用退火来进行预备热处理，结果会导致硬度偏低，切削加工的时候容易“粘刀”，而且其表面的粗糙度很差，而正火能够有效的改善切削加工的性能；其二是去除中碳模具钢热加工的缺点，中碳结构钢铸件、锻件等，在经过热加工后容易出现魏氏组织、晶粒粗大等过热缺陷和带状组织，而正火能够去除这些问题，达到细化晶粒、均匀组织、去除内应力的目标；其三是去除过共析模具钢的网状碳化物，如果过共析钢中存在严重的网状碳化物，球化退火就不能取得理想的结果，而正火能够去除过共析钢中的网状碳化物，从而保证球化退火的效果。

4 调质

调质处理能够获得均匀细致的回火索氏体，给之后的表面淬火和渗碳时减少变形创造了良好的条件，所以调质有时也可以作为预备热处理；除此以外，由于调质处理之后零件的综合物理性能良好，对于部分硬度和耐磨性要求不高的但综合物理性能要求很高的零件，也可以作为最终热处理。

二、最终热处理在模具制造中的应用

最终热处理是确保模具工作零件性能的重要工序，一般在精加工阶段的前后进行。

1 淬火

淬火是将模具钢材加热至一定的温度后保温一段时间，按照模具钢种和模具零件的热处理技术要求进行冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火的重点在于加热的温度、保温的时间和冷却介质，影响这些的要素是加热设备、模具钢种成分、淬透性和热处理要求等。正确的选择参数，能够保证获得所需的硬度和金相组织，另外还能有效避免零件的变形、扭曲、开裂等情况的出现。淬火之后材料的塑性和韧性会降低，且存在很大的内应力，组织结构不稳定，表面可能会出现微裂纹，工件的尺寸可能会发生明显的变化，因此淬火后有必要进行回火处理。

2 回火

回火是把淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1-2小时后冷却的工艺。回火一般是与淬火相结合的，同时也是热处理的最后一步。经过了回火，模具钢的组织变得稳定，脆性下降，韧性和塑性提升，去除或降低了淬火应力，稳定了模具钢的形状和尺寸，避免了淬火零件变形和开裂的情况，另外高温回火还能够有效优化切削加工的性能。模具钢回火是模具钢淬火后必不可少的关键工序，模具钢回火温度的选择完全按照模具零件的要求和力学性能来确定。根据温度的高低可以分为低温、中温和高温回火。低温回火一般在250度以下，目的在于保证高硬度的同时，有效去除或降低模具钢的淬火应力，恢复一定的韧性使模具钢不会太脆。中温回火一般在300-500度，目的是让淬火钢在拥有一定的强度和弹性的同时也具有相应的韧性和塑性。高温回火则在500-650度甚至更高的温度，目的是调整模具钢的强韧性从而确保其达到最理想的配合，也称之为模具钢调质处理。模具钢预先热处理时，也给后续工序的表面淬火、渗氮等创造了条件，提高了可加工性。

三、表面强化工艺在模具制造过程中的应用

经过了表面处理，模具表层的成分和组织得到了改变，其内部柔韧、表面硬、耐磨、耐热、耐腐蚀、抗疲劳抗粘接，对于改善模具的综合性能、节约合金元素、降低生产成本、开发材料性能、充分应用模具特点非常有意义。同时还能够有效的延长模具的使用年限，对于模具制造的成本而言，表面强化工艺的费用相对较低，对于模具寿命的延长有着事半功倍的效果。模具表面强化工艺多种多样，不但有传统的表面淬火技术、热扩渗技术、热喷涂技术等，还有近年来新提出的激光表面强化技术、离子注入技术等。

四、结束语

综上所言，不同模具的工作环境各不相同，因此对模具的性能要求也各不相同，热处理工艺能够充分的利用模具的潜力，对于延长模具的使用年限，提高模具的综合性能也有积极的作用。我们应该坚持可持续发展和绿色制造的观念，实现循环经济模式，推动模具热处理行业的不断进步。

参考文献：

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