工模钢热处理问答

答：热模具包括热锻模具、压铸模具和热挤压模具。由于高温金属在工作过程中被加热，因此在高温下仍需保持较高的强度和耐磨性。

在一般的热处理技术标准中，硬度要求往往只写明，其他性能指标没有明确提出。其他性能指标只隐含在热模的前提下。这些指标在实际生产过程中的实现需要控制过程。

在热处理过程中，由于加热温度和保温时间不足，模具钢中的合金元素奥氏体不足，淬火回火组织回火不足，耐高温强度不足，红硬度差，模具开裂、早期开裂、变形等缺陷。

目前，以硬度为标准的外加工合作热处理热模具的现象非常普遍。必须控制生产过程，使工件保温充分，热处理过程以满足红硬度为标准，不能仅仅认为满足硬度要求是合格的模具。

2.热模服务期间要做哪些热处理？

答:热作模具钢模具在使用期间的维护工艺:

1) 使用一段时间后，压铸模具补充软氮化；

2) 使用一段时间后，压铸模应进行低于回火温度的去应力处理；

3) 锻模在使用一段时间后进行去应力处理。

3.需要控制合金模具钢的加热速度吗？

答：在热处理淬火加热过程中，加热速度是一个非常重要的参数，通常应采用缓慢的加热方法，加热速度小于120℃/h，比较理想，可以减少工件在加热过程中变形，

在实际生产中，采用分段加热法控制加热速度，达到缓慢加热的效果。分段原理是加热相变Ac预热段和相变之前Ac预热段的预热段。在550℃低温阶段是钢的弹性阶段，大于此温度后是塑性阶段，加热相变Ac预热段1前保证工件Ac1相变均匀，减少相变引起的体积变化，碳钢的预热通常为450~550℃，550~650高合金钢℃、820～850℃两个阶段的预热。预热系数根据加热炉类型和装载量确定，预热时间必须长于更终奥氏体化。

盐浴炉加热的工件必须预热，箱式电阻炉加热的工件必须控制加热速度，高于150℃ /h加热速度不合理。

4.模具钢调质预处理的主要作用是什么？

答:模具毛坯调质的目的是获得18的硬度O～320HB细球化体或超细晶粒碳化物。目前，我国已推出多种新型钢材，并不断提高现有钢材的冶金质量，以满足工模的需要。同样，热处理方法也有了很大的改进。除了新设备（真空热处理）、新工艺和新技术的更终热处理外，传统的预热处理也发生了很大的变化，引起了业内人士的广泛关注。例如，球化退火或等温球化退火更初被用于冷热模具，一些已被用于质量调整或超细处理。合理的质量调节过程可以获得良好的原始组织，以提高淬火过程的性能和淬火后的韧性。

1)调质处理的主要作用

⑴碳化物分布均匀，颗粒细小，形状圆润。

⑵能有效克服粗大珠光体、二次碳化物网或轻微带状偏析，以及大截面模块心部的铸态组织。

⑶可

⑷可作为预硬化处理。

2)调质处理的典型用途

⑴碳工钢或低合金工具钢退火后硬度过低，加工后表面光洁度过差，可补充调质成183~229 HB细球化体组织可显著提高表面加工质量。Cr、45中碳钢调质至260~300HB精加工后可获得高光洁度。

⑵防止淬火开裂

冷轧和矫直成型辊多采用 9Cr2或Cr2.钢材一般采用喷水淬火或用氢氧化钠水溶液浸泡淬火。由于形状复杂，容易淬火。例如，在精加工前，质量调整为硬度197~229HB细球化体不仅能保证良好的淬透性，还能有效降低淬裂倾向。

⑶保证淬硬性

φ30mmCr2.盐浴加热淬火后的硬度与毛坯的预处理工艺有关。退火毛坯的淬火硬度为65~66.5HRC，平均66HRC；调质（毛坯850℃淬油，660~680回火，229HB）淬火硬度为66~67HRC，平均66.8HRC，而且硬度高且均匀，无淬裂。

⑷铝合金压铸模采用渗氮表面强化时，应采用调质工艺进行预强化处理。塑料模具、冲压有色金属板或箔的凹模也可采用调质预强化。调质后再精加工。

5.常用的模具钢调质预处理工艺规范是什么？

答:常用模具钢调质预处理典型工艺规范如表7-3:

表7-3 模具钢调质工艺规范

钢 号

箱炉淬火加热

淬火

介质

回火温度（℃）

回火时间（h）

硬度（HB）

加热温度（℃）

加热系（min/mm）

T0A—T12A

780～880

0.8～1.0

盐水

→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℃

电阻炉取值

0.5～0.6

盐浴炉取值

0.3～0.4

油

660～700

3～4

269～298

1160

油

720

双重热处理

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 电阻炉加热时，工件应涂保护涂料或进入保护气(氮气 甲醇)；

② 加热时间有预热工艺，采用下限值，不采用上限值；

③ 加热盐浴炉时，加热温度比箱式炉电阻炉低10~20℃

④ 盐浴炉加热时的加热系数取箱式炉电阻炉加热系数的1/2。

6. 为什么T8加热容易过热？

答：用作冷模具的碳工具钢主要包括T7A 、T10A 、T11A几种，其中以T10A 钢更常用。冷模使用较少。T主要原因是8钢T8钢淬火加热时组织内无过量碳化物，甚至加热温度较低(780~790 ℃）晶粒易生长，淬火加热过热敏感性大，使用韧性差，耐磨性差。过分析钢T10A 、T11A淬火后组织中还保留了一些剩余的碳化物，可以提高模具的耐磨性，加热时可以获得较小的颗粒，淬火时过热敏感性较小，热处理可以获得较高的强度和一定的韧性。T10A 钢应用比较普遍的原因。碳含量超过1.过共析钢1 %T12A碳化物过多，颗粒粗大，组织中碳化物分布不均匀，容易形成网状或间歇性网状，使钢的力学性能恶化。但韧性要求不高，只需要高硬度和耐磨性的切边模具和剪刀，T12A 还是可以用的。

7. skd11、SLD-如何稳定处理8等模具钢？

答：SKD淬火回火的热处理工艺为：

（1）预热500～600℃----第二次预热820~860℃，淬火加热980～1040℃，淬火介质：油冷或气淬；淬火硬度60~65HRC；

（2）预热500～600℃----第二次预热820~860℃，1060～1100℃，淬火介质：油冷或气淬；淬火硬度60~65HRC；低温回火：180~230℃×2~3次，硬度58~62；高温回火:510~520℃×硬度58~62~3次HRC；

SLD-8模具钢是1%C-8%Cr-2%Mo-V热处理工艺为：预热500~600℃----第二次预热750~8000℃，淬火加热温度1020~104℃，淬火介质选用气淬；淬火硬度60~65HRC；低温回火：150~250℃×1次，≥58HRC硬度：高温回火：525~550℃×1次，硬度≥62HRC； 在实际使用中注意至少2~3次回火。

这种冷模具钢的稳定处理通常采用热处理淬火后的冷处理，然后进行低温回火或高温回火。线切割工件必须在高温下回火。冰冷的处理温度≤-120℃，使用液氮冷却介质。充分改变残留的奥氏体，提高使用中的尺寸稳定性。对于不进行冷处理的工件，~3次高温回火和更终机械加工后使用400个℃取而代之的是回火温度，实践证明，冷处理也能达到稳定尺寸的效果。

8. 贝氏体组织在热模钢淬火中有害吗？

答：热模具钢应先淬火马氏体组织，然后在高温回火后获得高韧性等性能要求。如果淬火组织中有贝氏体，则在高温下回火α晶界沉淀碳化物，在这里聚集生长，降低钢的冲击韧性，产生贝氏体脆性。为避免贝氏体脆性 , 淬火冷却强度应增加，以防止工件在高温下进入回火过程，并尽量避免在淬火过程中在贝氏体温度之间进行分级或等温处理。为防止开裂，在分级处理过程中必须尽可能缩短分级等温时间。分级时间确保工件表面和心脏温度一致，然后转换为冷却过程。淬火后组织中的贝氏体量限制在15%以下。～520℃×硬度58~62~3次HRC；

SLD-8模具钢是1%C-8%Cr-2%Mo-V热处理工艺为：预热500~500℃----第二次预热750~8000℃，淬火加热温度1020~104℃，淬火介质选用气淬；淬火硬度60~65HRC；低温回火：150~250℃×1次，≥58HRC硬度：高温回火：525~550℃×1次，硬度≥62HRC； 在实际使用中注意至少2~3次回火。

这种冷模具钢的稳定处理通常采用热处理淬火后的冷处理，然后进行低温回火或高温回火。线切割工件必须在高温下回火。冷处理温度≤-120℃，使用液氮冷却介质。充分改变残留的奥氏体，提高使用中的尺寸稳定性。对于不进行冷处理的工件，~3次高温回火和更终机械加工后使用400个℃取而代之的是回火温度，实践证明，冷处理也能达到稳定尺寸的效果。

9. 高速钢用作模具时奥氏体化加热的热处理温度是多少？

答:常用高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V注意在刀具上使用。近年来，随着冷冲压和冷轧加工中各种机械的高速复杂性，对模具使用寿命的要求越来越高。一般常用的碳工具钢和合金工具钢在强度和耐磨性方面都不能满足要求，因此 选用高速钢来制作这些模具。但是经过常规刀具热处理工艺处理的高速钢，更大缺点在于韧性不高，使用中容易崩刃或断裂。为了提高韧性，首先考虑用降低高速钢的淬火加热温度和回火温度，来使之满足工作上的要求，在常温下使用的冷作模具，其耐磨性能及韧性要比热硬性更重要，经过试验证明：降低温度淬火处理正是提高韧性并保持耐磨性的有效手段。

由于高合金化的缘故加热降低不能太多，否则出现淬火硬度低的现象，一般通过两次预热：600℃一次预热，盐浴炉的预热加热系数ａ=1～2min/mm，830℃二次预热，盐浴炉的预热加热系数ａ=0.4～0.5min/mm，更终奥氏体化的温度分别是：W18Cr4V淬火加热温度1200～1240℃，W6Mo5Cr4V2淬火加热温度1800～1200℃，W9Mo3Cr4V （Ac1≈835，℃Ac3≈875℃）淬火加热温度1800～1200℃，盐浴炉的预热加热系数ａ=0.2～0.3min/mm，装量一般不要太多，防止加热不均匀，淬火冷却可以采用油冷或者高压气淬；晶粒度在10～10.5级。回火温度可以在550～590℃之间根据硬度值需要选择。回火次数2～3次。硬度控制在60～62HRC之间比较理想。

10. CrWMn钢热加工时容易出现何种缺陷组织？

答：CrWMn钢具有高的淬透性，工件尺寸在?40～?50mm以下时，在油中可以淬透，因含有W，在淬火和低温回火后含有较多的碳化物，具有较高的硬度和耐磨性。 W还能细化晶粒，使钢获得较好的韧性并减小过热敏感性，正常情况，希望获得均匀分布的细小碳化物，但热加工不当时易成网状，使钢韧性变差，易于崩落，降低模具寿命。所以应严格控制热加工工艺。当原材料网状碳化物严重时，应反复锻造，破坏网状，并快冷至650～700℃ 后缓冷，以防再形成网状。

CrWMn钢的热处理工艺：

1）退火工艺：

2. CrWMn钢锻造后均需要等温球化退火处理，退火加热温度：790～830℃，等温温度700～720℃，退火后的组织比较均匀，退火硬度约为255～207HBS。由于CrWMn锻后易成网状的特点，锻后有较严重的网状碳化物析出，则在球化退火之前应进行一次正火处理，正火温度为 930～950℃，然后空冷。

2）淬火工艺：

淬火加热温度820～540℃，保温时间根据不同炉型以及装炉量确定。油淬硬度为63～65HRC，直径φ40～φ50mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860℃加热、280℃等温淬火后，强韧性明显提高。CrWMn 钢的淬透性特点是波动范围大，通常直径φ40～φ50mm的钢件油中可以淬透。

3）回火工艺：

回火温度160～200℃，回火硬度60～62HRC。

11. 模具钢中反常组织是什么原因引起的？

答：反常组织工件在奥氏体化加热后缓慢冷却，在冷却组织中出现晶界网状碳化物和包围这个网状碳化物的铁素体组织。在热作模具钢3Cr2W8、H13中在锻造之后采用停锻时的温度时没有采用正确的冷却工艺，应该首先快冷到700℃以下，再进行退火处理，反而是采用(Ar1～Acm温度范围)进行余热退火处理。由于锻造温度加热温度过高，高温奥氏体化加热充分，合金碳化物溶解完全，在紧接着的余热退火保温过程中，奥氏体中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集长大，形成网状碳化物，并造成碳化物与晶粒之间形成贫合金、贫碳的铁素体带，即反常组织。碳化物形式有M2C、M23C6。

热作模具钢的碳含量3Cr2W8、H13分别在0.30%～0.40%，0.32%～0.4%，形成的碳化物细小，不容易检查。往往容易忽略。加上市场价格的竞争，往往不会采用高温正火等工序来消除，这种组织就遗传给更终热处理。

碳化物M23C6在900℃以上开始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奥氏体中，M2C只能在1150～1200℃的温度部分溶解于奥氏体中，热处理淬火后网状碳化物遗留下来，同时使淬火硬度也会降低。具有这种组织模具的使用寿命很低，一般以早期开裂为主，开裂形式是碎裂成多块。

12. 模具钢能否使用保护气氛加热进行热处理？

答：模具钢中有高碳类、中碳类，热处理加热温度有中温和高温。目前采用热处理的炉型主要有中、高温箱式电阻炉、盐浴炉、真空炉。很少采用少无氧化的保护气氛炉做模具钢的热处理。一方面是加热元件和耐热钢合金的寿命短，另一方面是保护气体的选用问题。

例如：5CrMnMo等中温加热处理的模具采用箱式炉（或室式炉）进行淬火加热，为了避免氧化、脱碳，一般采用装箱加热，使用木炭或旧渗碳剂填充保护。这样可能造成模具表面渗碳。渗碳除了掩盖了模具本身的真实硬度外，主要缺陷还是极容易产生表面热疲劳裂纹，异致早期脆裂或寿命降低，生产实践中这种情况相当普遍，一些锻型模具的热疲劳裂纹，实际就是由于渗碳而引起。

在实际生产中可以采用甲醇滴注式气体作为保护气体来处理中碳合金钢模具，例如：H13、H11、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo等，热处理奥氏体化加热时间在4～6h时，脱碳层小于0.6mm。使用甲醇气体时注意在720℃以下温度不要通入，防止引起炉内气体爆炸。甲醇气体的通入量从排除废气的火苗高度来判别，一般在100～200mm就可以了。过小的通入量，气氛的还原性不够，虽然出炉的工件不会氧化，但是会增加脱碳深度。

对模具钢进行氮基气氛保护淬火试验时，发现1100℃ 以上加热时，碳势控制不稳，甚至出现碳势急剧下降现象。因此氮基气氛热处理使用温度应控制在1050℃以下为宜。

至于高碳合金模具钢，例如Cr12型 冷作模具钢的保护气氛，仍然可以选用甲醇气体。

13. 模具钢尺寸在≥200mm时，如何确定其回火时间？

答：大多资料推荐回火2h或没有说明回火时间，推荐的保温时间在生产实践中应该做比较的的修正，资料中的数据应该是指模具表面以及心不均到温后的保温时间，如果按照在仪表到温时即开始计算时间，对于大型模具如果保温2h显然是不够的，稍大一点的模具就不能透烧。

高、中合金模具钢在电阻炉中于520～650℃左右加热时，单件加热到温的加热时间约1min/mm，直径或厚度为200毫米的模具，在有循环风机或无循环风机的情况控制仪表到温后加热时间需要150～200min的透烧时间，保温120分，回火时间共需5～6h。如果考虑多件装炉时，应根据模具之间的间距考虑间隔系数。间隔系数只考虑在加热时间内，不包括保温时间。如直径?200mm的模具间距100mm装炉系数按1.5min/mm，加热时间，则应为200min×1.5min/mm ，加上保温2h总回火时间 8 h。对于模具厚度在100～200mm尺寸，散放多件装炉，高温回火时间需要在5～8h之间调整。

也可以参照按模具厚度或直径以25～30mm/h的方法计算总回火时间。

end