1.大型（5t）锤锻模的淬火和回火
（1）所用材料及技术要求 该5t锤锻模用料为5CrNiMo钢。热处理后要求硬度为34～38HRC，燕尾部分硬度为28～32HRC；型腔和燕尾不得有氧化脱碳和腐蚀迹象，模具整体不得有任何形式的裂纹。
（2）工艺分析5CrNiMo钢热处理的各项工艺性，特别是淬透性、淬硬性、脱碳敏感性、过热敏感性和回火脆性等均很好。因此，5CrNiMo钢热处理工艺没有太大的难度。
由于所用材料为钢厂供应的、已经退火的5CrNiMo钢模块毛坯（硬度为220HBW，模块质量约1.7t），可直接粗加工后对型腔进行成形精加工，随后即可进行淬火、回火处理。
但由于模块尺寸较大，淬火和回火加热时应采取预热后再进行最终加热的方式，且应对型腔和燕尾予以防护，避免氧化脱碳。淬火冷却时，应采取有效的预防产生裂纹的措施等。
（3）热处理工艺及操作
1）预热在煤气炉中进行，将火焰调到不完全燃烧（还原）状态。模具在炉温为550～600℃时入炉，均热2h后以小于60℃/h的速度升温到480～500℃，保温7～8h。
2）淬火加热在大型盐浴炉中进行。盐浴认真脱氧后，模具在炉温为900℃时入炉，约经2h炉温回升到855℃，保温2.5h后出炉淬火冷却。
3）淬火冷却。模具出炉后在空气中预冷到750～800℃（用红外温度仪测量）后入油冷却。在油中冷却38～40min后提出，在空气中停留2min（旨在使已淬火部分进行自回火）后继续入油冷却10min（使模具内部继续冷却硬化），提出油槽5min后模具表面已冷至220℃左右，总计冷却时间约50min。
4）整体回火在煤气炉中进行。模具入炉温度为300～350℃，均热2h后以40～50℃/h速度升温到580～590℃，保温10h后空冷。
5）燕尾部分回火在专用燕尾回火炉中进行，用火焰只喷吹燕尾。用红外仪测量温度，在燕尾温度达650～670℃时，调弱火焰烈度，保持温度在允许范围内不变，持续1～1.5h后在油中冷却，以免余热导致头部硬度降低。
（4）处理结果，头部硬度为36～38HRC，燕尾硬度为28～30HRC，且未发现任何缺陷。在实际使用中锻造1万件时，模具型腔完好，可以继续使用。
2.中型（1t）锤锻模的淬火和回火
（1）所用材料及技术要求。该1t锤锻模选料为5CrMnMo钢，要求热处理后头部硬度为38～44HRC，燕尾部分为30～35HRC，型腔和燕尾不得有氧化脱碳和腐蚀迹象，模具整体不得有肉眼可见的任何形式的裂纹。上、下模合模后模面应接触80%以上，燕尾平面挠度不大于0.2mm。
（2）工艺分析。该模具模块外形尺寸为320mm×420mm×515mm，由原5t锻模改制而成，经过改锻、退火和加工成形等工序后进行淬火和回火。由于5CrMnMo钢改锻过程易产生白点缺陷，因此退火时应采取预防措施。另外，5CrMnMo钢的热处理工艺性稍差（如较强的过热敏感性、回火脆性等），且韧性不如5CrNiMo钢。所以，淬火和回火工艺和操作应严加控制。
（3）热处理工艺及其操作
1）预防白点退火。锻件的终锻温度为820～870℃，锻后立即放入650～670℃的箱式炉电炉中保温9.5h（按锻件最小边长3h/100mm计算）后，以30～50℃/h的速度冷却到400℃，再以20～40℃/h速度冷却到250～300℃出炉空冷。
2）淬火工艺及其操作过程如下。
①产前准备。按图3-64所示方法对模具型腔和燕尾进行保护（保护剂为新铸铁屑）
图3-64 锤锻模空气炉中加热保护示意图
②淬火加热。在75kW箱式电炉中进行加热。装炉时炉温为900～920℃，经1.5～2h炉温回升到850～860℃，保温约8h（按时间系数1.5～1.8min/mm计算，以模体内外透烧为准）。
③淬火冷却。模具出炉后在空气中预冷到780～800℃（大约4～5min，模具表面呈樱红色）立即整体转入油中冷却，通过模具上下、左右移动使油不断搅动。冷却4.5～5min时提出燕尾（油面在燕尾以下50～100mm处）靠模体热量传导进行自回火（此时，模体不断缓慢转动，使周围的油不致着火燃烧）。模体在油中继续冷却30～32min后约达到200～250℃（模具出油时，表面残油只冒较浓的青烟而不着火为准）提出并及时转入300℃的炉中等温保持3h（实质是复合等温淬火，组织为马氏体+贝氏体+残留奥氏体）。
3）回火工艺及操作。模具不出炉，将等温炉炉温升高到预定回火温度480～500℃，保温4h后，在油冷到150℃左右空冷（利用150℃余热消除回火油冷过程产生的热应力）。
4）处理结果，硬度和变形均符合技术要求。使用寿命一般锻打4000件以上，最高达8000件。
更多的模具强韧化工艺应用实例，见附录D。
3.小型锤锻胎模的淬火和回火
（1）所用材料及技术要求 该胎模模块尺寸为258mm×149mm×140mm，所用材料为5CrMnMo钢。要求热处理后硬度为42～47HRC，锤击面挠度小于0.2mm，上、下模合模时错位度小于0.2mm。
（2）工艺分析 由于该模块较小，加热时可以采用快速加热法，以便提高生产效率和节能。另外，由于模块较小，加热时间较短，氧化脱碳较轻，故采用市场供应的保护涂料对型腔和锤击面予以防氧化脱碳。为了提高模具韧性、减小淬火变形和预防裂纹，拟采用复合等温淬火。
（3）热处理工艺和操作
1）产前准备。将模腔和锤击面清理干净，按涂料使用说明书涂刷保护涂料，并在100℃以下或室温下干燥后，涂层无裂纹方可装炉。装炉时，侧面接触炉底版，两模相距不小于30～40mm。
2）淬火加热。模具在950～980℃箱式炉中加热，加热时间45～50min（按最小厚度20～22s/mm计算，以目测模块实际温度达到860～880℃，即整体模块呈橘黄色为准）后出炉。
3）淬火冷却。模具出炉后在空气中预冷到780～800℃（表面呈樱红色）后立即浸油冷却。在油中冷却约15min（按0.1min/mm计算，以出油时，只冒较浓的青烟，热油往下滚为准），即冷却到200～250℃为止，并立即转入300℃的等温炉中保持1.5h。
4）回火。模具不出等温炉，将等温炉炉温升高到预定回火温度460～480℃，保温2h后空冷。
（4）处理结果，硬度为43～44HRC；上、下模经合模试制的蜡件检验，其变形和位移度均合格。
4.热顶锻模镶块的淬火和回火
（1）所用材料及其技术要求 该热顶锻模镶块如图3-65所示，所用材料为直径105mm的3Cr2W8V圆钢。要求热处理后硬度45～50HRC，变形符合图示尺寸公差规定。
（2）工艺分析 该模具的制作难度是热处理后产生变形，用磨外圆方法难于保证与内孔的同轴度。因此，只好外圆和内孔一次精车完成，由热处理保证其变形不超差。
图3-65 热顶锻模镶块结构图
根据以往经验，类似的模具变形规律是淬火后内孔收缩，外径胀大，即产生体积膨胀。为此，冷热加工工艺协商规定，孔径加工到尺寸公差的上限，外径加工到尺寸公差的中、下限。为了减少热应力和组织应力，热处理加热和冷却均应采取适当措施。
（3）热处理工艺
1）淬火加热。在800～850℃的中温盐浴炉中预热25min后转入1120～1150℃高温盐浴炉中加热，并保温15～17min。
2）淬火冷却。加热后在560～600℃低温盐浴中，停留3min进行第1次分级冷却；然后在280～320℃硝盐浴中，停留3min进行第2次分级冷却，最后空冷到室温。
3）回火，清洗掉附盐后，在650～680℃炉中保温1.5h后空冷，回火两次。
（4）处理结果 硬度为48～50HRC；变形情况如表3-64所示，即各部分尺寸均合格。
表3-64 热顶锻模热处理后几处关键尺寸的情况
5.热挤压模镶块的淬火和回火
（1）所用材料及其技术要求 该热挤压模镶块如图3-66a，所用材料为3Cr2W8V锻坯。要求热处理后硬度48～52HRC，变形量≤0.03mm。
（2）工艺分析 该热挤压模镶块热处理的主要关键是变形控制问题，为了减少热应力和组织应力，热处理加热和冷却均应采取适当措施。
图3-66 热挤压模镶块及其热处理工艺
a）热挤压模镶块（90mm×70mm×50mm） b）热挤压模镶块工艺曲线
（3）热处理工艺
1）淬火加热。在840～860℃的中温盐浴炉中预热30min后转入1070～1090℃高温盐浴炉中加热，并保温10min。
2）淬火冷却。加热后在550～580℃低温盐浴中，停留10min进行第1次分级冷却；然后在200～220℃硝盐浴中，停留30min进行第2次等温转变，最后空冷到室温。
3）回火。清洗掉附盐后，在560～580℃炉中保温1.5h后空冷，高温回火3次；最后进行去应力处理，即在200～220℃，保持2h后空冷。
（4）处理结果 硬度为49～50HRC，变形量0.01～0.02mm。
6.热滚压模的淬火和回火(www.xing528.com)
（1）所用材料及其技术要求 该热滚压模结构如图3-67a所示，其尺寸为380mm×165mm×98mm；所用材料为3Cr2W8V锻坯；要求热处理后硬度38～42HRC。
（2）工艺分析 该模具是柴油机连杆热成形滚压工艺装备。工作时承受较高的温度，要求一定的热硬性、耐热疲劳性和较高的热强度等综合性能。因此，宜采用较高的淬火加热温度，回火时应预防产生回火脆性。
由于毛坯进行锻造，为防止氢脆应采用预防白点退火。
（3）热处理工艺
1）预防白点退火，锻件的终锻温度为850～900℃，锻后立即放入280～320℃的箱式炉电炉中保温2.5～3h，然后将炉温升到580～600℃，保温3h（按锻件最小边长3h/100mm计算）后，以30～50℃/h的速度冷却到400℃，再以20～40℃/h速度冷却到250～300℃出炉空冷。
图3-67 热滚压模及其热处理工艺曲线
a）热滚压模示意图 b）热滚压模工艺曲线
2）淬火，在箱式炉中590～610℃预热90min后，转入1090～1100℃的盐浴炉中加热，保温30min后在油中冷却，约200～300℃时出油空冷。
3）回火，第1次回火温度为640℃，保温4h后于油中冷透；第2次回火温度为625℃，保温4h后于油中冷透；第3次回火温度为615℃，保温4h后于油中冷透。
4）去应力处理，在220℃，保温4h后空冷。
（4）处理结果 硬度为38～40HRC。
7.热挤压凸模的淬火和回火
（1）所用材料及其技术要求 该热挤压凸模示意如图3-68a所示。所用材料为5Cr4W5Mo2V钢锻坯，要求热处理后硬度48～52HRC。
（2）工艺分析 该热挤压凸模原来使用3Cr2W8V钢制作，其使用寿命约3000套，现拟改用5Cr4W5Mo2V钢，旨在提高使用寿命。
该热挤压凸模在160t压力机上使用。工作时，行程次数为32次/min，模具头部往往呈暗红色并反复采用喷雾水冷却等。也就是说，工作条件较恶劣。
（3）热处理工艺
1）淬火加热。在840～860℃的中温盐浴炉中预热25～30min后转入1130～1140℃高温盐浴炉中加热，并保温12min。
图3-68 热挤压凸模及热处理工艺曲线
a）热挤压凸模示意图 b）热处理工艺曲线
2）淬火冷却。加热后在油中冷却到200～300℃出油，最后空冷到室温。
3）回火，清洗掉附盐后，在630～640℃炉中保温2h后空冷，高温回火3次，每次温度递减15℃，时间和冷却方法不变。最后进行去应力处理，即在200～220℃，保持2h后空冷。
（4）处理结果 硬度为49～50HRC；使用寿命达1万套以上，即较用3Cr2W8V钢制作的凸模寿命提高2～3倍。
8.压铸模的淬火和回火
（1）所用材料及其技术要求 该压铸模示意如图3-69a所示，其尺寸为ϕ178mm×165mm×60mm，所用材料为3Cr2W8V锻坯。要求热处理后硬度42～47HRC，孔1与孔2的中心距变形允差≤0.02mm。
（2）工艺分析 该模具是压铸柴油发动机铝合金冷却室的工艺装备。工作时承受较高温度，要求一定的热硬性、耐热疲劳性和较高的热强度等性能。因此，宜采用较高的淬火加热温度。
由于对毛坯进行了锻造，为防止氢脆应进行预防白点退火。
（3）热处理工艺
1）预防白点退火，锻件的终锻温度为850～900℃，锻后立即放入280～320℃的箱式炉电炉中保温2.5～3h，然后将炉温升到580～600℃，保温3～3.5h（按锻件最小边长3h/100mm计算）后，以30～50℃/h的速度冷却到400℃，再以20～40℃/h速度冷却到250～300℃出炉空冷。
图3-69 压铸模及其热处理工艺曲线
a）压铸模示意图（ϕ178mm×60mm） b）工艺曲线
2）淬火和回火工艺规程，如表3-65所示。
表3-65 3Cr2W8V钢铝合金压铸模淬火和回火工艺规程
9.堆焊模具的热处理
（1）所用材料及技术要求
1）该堆焊锤锻模选料，型腔为5Cr2MnMo钢，模体为45Mn2。热处理后头部硬度：小型模为42～47HRC，燕尾为34～39HRC；中型模为36～42HRC，燕尾为32～36HRC；大型模头部为32～36，燕尾为30～35HRC；特大型模头部为30～34，燕尾为28～35HRC。
2）型腔和燕尾不得有氧化脱碳和腐蚀迹象，模具整体不得有肉眼可见的任何形式的裂纹。
3）上、下模合模后模面应接触80%以上，燕尾平面挠度不大于0.2mm。
（2）工艺分析 该堆焊模块高度，小型模为275mm、中型模为325mm、大型模为375mm、特大型模为500mm。模体铸造成模块后，经正火、粗加工成毛坯，然后进行电渣堆焊。退火后，精加工成形，继而进行淬火和回火。
（3）热处理工艺
1）5Cr2MnMo钢堆焊后的退火，在箱式炉中缓慢加热到880℃，保温10～12h后随炉冷却到720℃，保温8～10h，继而再随炉冷却到400～500℃后出炉空冷。退火后硬度为207～255HBW。
2）淬火和回火工艺，详如表3-66所示。
表3-66 5Cr2MnMo钢电渣堆焊锻模的热处理工艺规范
图3-70 热锻模镶块示意图
10.精铸热锻模镶块的热处理
（1）所用材料及其技术要求 该精铸锻模镶块如图3-70所示，所用材料为6CrMnNiMoTi精铸毛坯，要求热处理后硬度为42～46HRC。
（2）工艺分析 该热锻模镶块毛坯由蜡型精密铸造制成，经退火后机械加工成形，然后进行淬火和回火。其w（C）为0.5%～0.65%；w（Si）为0.25%～0.5%；w（Cr）为1.2%～1.7%；w（Mn）为0.8%～1.4%；w（Ni）为0.6%～0.8%；w（Mo）为0.25%～0.5%；w（Ti）为0.05%～0.2%；w（S）≤0.03%；w（P）≤0.03%。由化学成分可见，该成分铸造工艺性较差，容易在浇注过程中冷却不当而产生裂纹或铸造夹渣、气孔等缺陷。因此，热处理前应进行无损检测等，严格控制质量。
（2）热处理工艺和操作
1）退火。铸件经初步清理后装箱，并用新铸铁屑掩埋保护，防氧化脱碳。在860～880℃箱式炉中加热，保温6～8h（视装箱量多少而定）后随炉冷却到600℃以下出炉空冷。
2）淬火。在850～860℃箱式炉中加热，保温1.5～2h后在油中冷却。
3）回火。470～500℃，保温2.5～3h后空冷。
（3）处理结果，硬度为43～44HRC。金相检验显示，铸态组织中有明显的枝状结晶，个别区域有粗大马氏体针；退火后为珠光体组织；淬火和回火后为较细的珠光体。
生产使用证明，该锻模镶块使用寿命不低于5CrMnMo钢整体锻模的使用寿命，但替代了模具钢并简化了加工工序，从而降低了模具制造成本。
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