热处理种类及应用简介

模具零件的热处理，包括模具毛坯的预备热处理和模具零件的最终热处理。

1.模具零件毛坯的预备热处理方法及应用范围

预备热处理是指经铸造、锻压等工艺手段生产的毛坯及半成品等，为改善其力学性能和后序的加工工艺性等而实施的热处理工艺。

毛坯预备热处理，主要包括各种正火、退火和调质处理等，见表6-1。

表6-1 预备热处理种类和应用范围

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生产中常用的淬火加热时间简易计算法见表6-2。

表6-2 生产中常用的淬火加热时间简易计算法

碳素钢零件的回火保温时间，可参照表6-3和表6-4确定。合金钢零件的回火保温时间应比表中所列增加1/3。在井式回火炉中批量装炉的保温时间，每炉应大于1.5h，低温回火保温时间应大于2h。

表6-3 空气炉回火保温时间

表6-4 盐浴炉回火保温时间

普通退火的冷却，一般是随炉降温到550～350℃以下出炉空冷。球化退火工艺的冷却方式，如图6-4所示。

图6-4 球化退火工艺的冷却方式

a）一次球化退火 b）一次等温球化退火 c）循环球化退火 d）低温球化退火

各种正火工艺的冷却方式，如图6-5所示。

模具毛坯预备热处理后的质量要求：

（1）硬度要求 应满足模具零件图样中的规定。

（2）显微组织 材料改锻后的预备热处理显微组织，一般不作必检项目。有必要时可按相应的国家标准进行评定。

（3）外观质量 表面不得有超过预留加工余量单边1/3的氧化-脱碳层和凹坑；关键零件的毛坯形状和位置公差应符合毛坯图的规定。在无明确规定的情况下，预备热处理后只进行磨削加工或不加工的毛坯变形量，应控制在0.2～0.5mm，而随后进行其他机械加工的毛坯变形量应控制在3～5mm。

图6-5 各种正火工艺的冷却方式

2.模具零件的最终热处理方法及应用范围

模具的最终热处理工艺，主要是各种淬火和回火以及特殊情况要求的冷处理及时效处理等。

（1）整体淬火的常用工艺方法 模具整体淬火方法很多。其中，常用的淬火方法及其适用范围，见表6-5。

表6-5 常用淬火方法及其适用范围

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冷却是淬火的关键环节，碳素钢模具零件淬火时，一般采用水冷却或先水后油双介质冷却；合金钢模具零件淬火时，一般采用油冷却或先油后空气双介质冷却；高合金钢有时加热后直接空冷即可。对于形状复杂的零件为了减小变形和防止开裂，往往采用熔碱或熔盐分级淬火或等温淬火等。(www.xing528.com)

（2）模具零件回火的常用工艺 模具零件淬火后，根据不同性能要求必须进行回火。常用的回火方法及适用范围见表6-6。

表6-6 常用的回火方法及适用范围

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模具零件整体淬火-回火后的质量应满足以下要求：

1）外观质量。表面应清洁，不允许有裂纹、烧伤及超过加工余量的麻点、锈蚀和碰伤；在无氧化条件下处理的工模具、夹具表面一般应无氧化色泽。

外观质量用肉眼或低倍放大镜观察，必要时可采用浸油喷砂法或探伤法检验裂纹。

2）表面硬度。模具零件的表面硬度应符合其图样和工艺文件的规定。表面硬度偏差一般为₋₅⁰HRC。

检验硬度应按相关标准规定的方法在零件有代表性的工作表面测量，当不宜采用规定的方法时，也可采用其他硬度试验方法。

3）淬硬区尺寸。局部淬火的零件其淬硬区的尺寸偏差应符合表6-7的规定。对硬化区尺寸有特殊要求的零件应按工艺文件执行。

表6-7 淬硬区尺寸偏差 （单位：mm）

4）显微组织。淬火-回火后的显微组织，一般不作必检项目。有必要时可按相应的国家标准进行评定。

5）变形量。零件淬火-回火后的变形量应符合图样或冷热加工协商的结果。变形量超差的零件一般可以校正，精度稳定性要求高的零件校正后应进行去应力退火。

（3）零件的冷处理和时效

1）零件的冷处理工艺。根据处理温度不同冷处理分为：冰冷处理（−80～0℃）、中冷处理（−150～−80℃）和深冷处理（−200～−150℃）三种。按所用介质可分为：用干冰制冷的冷处理和用液氮等制冷的深冷处理。

由于处理目的、零件类别及其结构复杂程度不同，冷处理在工序安排上也不同。一般有如下三种类型：

Ⅰ—淬火→冷处理→低温回火。

Ⅱ—淬火→低温回火→冷处理→低温回火。

Ⅲ—淬火→冷处理→低温回火→冷处理→时效。

高碳钢模具的冷处理通常在淬火后立即进行，然后再进行一次低温回火，以便减少内应力；高合金钢模具零件冷处理时，往往安排在淬火和低温回火后进行，然后再进行一次低温回火，以免产生裂纹等缺陷；对于高精密模具，通常淬火后立即进行第一次冷处理以防残留奥氏体发生稳定化，随后进行低温回火后再进行第二次冷处理，使残留奥氏体进一步转变为马氏体，最后进行一次低温时效处理。

生产中常用的冷处理温度一般在−80～−30℃之间。对于特殊要求的零件可用更低的温度进行冷处理。

2）零件时效处理的工艺方法

①精密零件的人工时效工艺：在120～140℃温度下，经长时间（4～24h，甚至更长时间）保温后空气中冷却。

②铸件人工时效的工序流程有如下几种：

铸造→机械粗加工→人工时效→机械精加工。

铸造→机械粗加工→人工时效→机械半精加工→人工时效→机械精加工。

铸造→机械粗加工→自然时效。

铸件人工时效的工艺规范，见表6-8。

表6-8 铸件人工时效的工艺规范

3.模具零件表面热处理的常用方法

表面加热热处理，系指仅对模具零件表面一定深度实施组织和性能改变的热处理工艺。通常包括：火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火和电解液淬火以及激光淬火、电子束淬火以及表面快速回火等。