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第一篇：熱處理工藝對含鎂模具性能的影響

摘要:

為了研究熱處理工藝對4Cr5MoSiV1Mg1含鎂新型熱擠壓模具的耐磨損性能和抗熱疲勞性能的影響，選用6種不同的工藝對含鎂新型熱擠壓模具進行熱處理，并對熱處理后的模具分別進行表面硬度測試、500℃高溫摩擦磨損試驗及熱疲勞試驗。結果發現:當退火溫度從820℃提高到920℃或淬火溫度從1000℃提高到1080℃時，模具的表面硬度、耐磨損性能和抗熱疲勞性能均先升高后下降;與870℃×8h常規退火相比，采用870℃×2h+700℃×6h等溫退火可以使模具的表面硬度增加14%、500℃磨損體積減小45%、網狀裂紋級別從2級減小至1級、主裂紋級別從2級減小至1級、熱疲勞裂紋級別從4級減小至2級。因此，含鎂新型熱擠壓模具的退火工藝優選為870℃×2h+700℃×6h等溫退火，淬火溫度優選為1040℃。

關鍵詞:

熱擠壓;模具;等溫退火;淬火;磨損;熱疲勞

熱擠壓是金屬材料加熱到熱鍛成形溫度進行擠壓的工藝，是最早采用的擠壓成形技術，在碳鋼、合金鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等材料上得到廣泛應用。熱擠壓模具是熱擠壓產品性能的重要影響因素。熱擠壓模具在高溫、高壓、磨損和熱疲勞環境下服役，條件惡劣，因此熱擠壓模具的性能要求嚴格［1］。H13鋼(4Cr5MoSiV1)熱擠壓模具是普遍采用的一種熱擠壓模具，但是目前國產H13鋼夾雜物含量高、碳化物偏析嚴重、性能不理想［2－3］。金屬鎂具有很強的脫氧、脫硫及夾雜物變性能力，能分散和細化碳化物，減輕鋼中合金元素的偏聚，提高鋼的綜合性能。為此，本文以H13鋼為基礎開發了一種含鎂的新型熱擠壓模具鋼。為了進一步探討熱處理工藝對含鎂新型熱擠壓模具性能的影響，本文采用不同的工藝對新型熱擠壓模具進行熱處理，并測試了熱擠壓模具的硬度、耐磨損性能和熱疲勞性能，為含鎂新型熱擠壓模具的熱處理工藝優化提供了試驗數據和理論依據。

1試驗材料及方法

試驗材料為含鎂新型熱擠壓模具。該模具的材料是在H13鋼中添加適量合金元素鎂(Mg)，其牌號為4Cr5MoSiV1Mg1，化學成分為:0.32%～0.45%C、0.80%～1.20%Si、0.20%～0.50%Mn、4.75%～5.50%Cr、1.10%～1.75%Mo、0.80%～1.20%V、0.80%～1.20%Mg、P≤0.03%、S≤0.03%、余量Fe。模具輪廓尺寸為Φ150mm×50mm。模具的退火工藝和淬火工藝如表1所示，回火工藝采用:410℃×2h第1次回火+550℃×3h第2次回火。對不同工藝熱處理后的模具，采用HR－150A型洛氏硬度計進行硬度測試。采用UMT－3型高溫摩擦磨損試驗機進行耐磨損性能測試，測試溫度為500℃、摩擦磨損轉速為2000r•min－1、摩擦磨損時間為15min、行進速度為90mm•min－1、載荷為100N，摩擦磨損試驗后采用JSM6510型掃描電子顯微鏡觀察磨損試樣表面形貌。采用WH－VI型高頻感應加熱爐進行熱疲勞試驗，在50～500℃進行1000次冷熱循環，試驗后用PG18型金相顯微鏡觀察試樣的熱疲勞裂紋形貌，并依據國標GB/T15824—2008［4］進行裂紋評級，依次表征試樣的熱疲勞性能。

2試驗結果及討論

2.1硬度經不同

退火和淬火工藝熱處理后的淬火態模具的表面硬度測試結果如表2所示。從表2可以看出，隨退火溫度從820℃提高到920℃，模具的表面硬度先升高后下降。與870℃×8h的常規退火相比，870℃×2h+700℃×6h的等溫退火可以顯著提高模具的表面硬度，模具的表面硬度從54.8HRC增加至62.4HRC，增加了14%，且各點硬度值的均勻性明顯提高。從表2還可以看出，隨淬火溫度從1000℃提高到1080℃，模具的表面硬度先升高后下降，當淬火溫度為1040℃時(試樣4)，模具的表面硬度達到最大值62.4HRC。

2.2耐磨損性能

采用不同的退火工藝、相同的淬火和回火工藝進行熱處理后，模具在500℃的耐磨損性能測試結果如圖1所示。從圖1可以看出，隨退火溫度從820℃提高到920℃，模具的500℃磨損體積先減小后增大。從圖1還可以看出，與870℃×8h常規退火相比，870℃×2h+700℃×6h等溫退火使模具的500℃磨損體積從3.8×10－2mm3減小至2.1×10－2mm3，減小了45%，等溫退火處理顯著減小了模具的磨損體積，明顯提高了模具的耐磨損性能。采用不同退火工藝的試樣2和試樣4在500℃磨損試驗后的表面形貌SEM照片如圖2所示。從圖2可以看出:采用常規退火處理的試樣2在500℃磨損試驗后表面出現較多的起皮和較深的磨痕，試樣的磨損現象較為嚴重;而采用等溫退火處理的試樣4在500℃磨損試驗后表面無明顯的起皮，僅有細小的磨痕，試樣的磨損現象較試樣2顯著減輕。這與試樣的磨損體積測試結果一致。采用不同的淬火工藝、相同的退火和回火工藝進行熱處理后，模具在500℃的耐磨損性能測試結果如圖3所示。從圖3可以看出，隨淬火溫度從1000℃提高到1080℃，模具的500℃磨損體積先減小后增大。淬火溫度為1040℃時，模具的500℃磨損體積最小(21×10－3mm3)，較1000℃淬火(磨損體積36×10－3mm3)減小了42%，較1080℃淬火(磨損體積32×10－3mm3)減小了34%。

2.3抗熱疲勞性能

采用不同工藝熱處理后的模具在熱疲勞試驗后的熱疲勞裂紋等級如圖4所示。從圖4可以看出，隨退火溫度從820℃提高到920℃，模具的熱疲勞裂紋級別數值先減小后增大。根據國標GB/T15824—2008［4］，材料的熱疲勞裂紋級別數值越小，材料的抗熱疲勞性能越好;反之，材料的熱疲勞裂紋級別數值越大，材料的抗熱疲勞性能越差。因此，隨退火溫度從820℃提高到920℃，模具的抗熱疲勞性能先升高后下降。從圖4還可以看出，與870℃×8h常規退火相比，870℃×2h+700℃×6h等溫退火可以顯著減小模具的熱疲勞裂紋級別數值，模具的網狀裂紋級別從2級減小至1級、主裂紋級別從2級減小至1級、熱疲勞裂紋級別從4級減小至2級，提高了模具的抗熱疲勞性能。

2.4討論與分析

為了改善模具的淬火工藝性能和提高模具淬火的強韌性，在淬火前對模具進行退火處理［5］。如果退火溫度過低，難以充分細化晶粒、均勻模具內部的組織及成分，從而無法改善模具的性能及為后續熱處理做準備［6］。如果退火溫度過高，模具內部的晶粒粗化，使得模具的耐磨損性能和抗熱疲勞性能非但不提高反而下降［7］。與常規退火處理相比，模具經過等溫退火后得到更加細小的粒狀珠光體，并且碳化物更少、組織和成分更加均勻，從而有助于提高淬火態模具的表面硬度，提高調質處理后模具的耐磨損性能和抗熱疲勞性能［8］。在淬火處理過程中，淬火溫度是一個重要的工藝參數。對模具而言，偏低的淬火溫度(1000℃)難以確保奧氏體的合金溶解度，難以充分發揮淬火的作用;適當提高淬火溫度(1040℃)，有利于提高奧氏體的合金溶解度，使絕大部分的碳化物固溶，形成細小的碳化物顆粒，從而提高模具的耐磨損性能和抗熱疲勞性能［9］。但是，過高的淬火溫度(1080℃)，將導致晶粒長大，從而引起模具的耐磨損性能和抗熱疲勞性能下降。因此，模具的退火工藝優選870℃×2h+700℃×6h等溫退火，淬火溫度優選為1040℃。

3結論

(1)隨退火溫度從820℃提高到920℃，含鎂新型熱擠壓模具的表面硬度、耐磨損性能和抗熱疲勞性能均先升高后下降。與870℃×8h常規退火相比，870℃×2h+700℃×6h等溫退火使含鎂新型熱擠壓模具的表面硬度增加14%、500℃磨損體積減小45%、網狀裂紋級別從2級減小至1級、主裂紋級別從2級減小至1級、熱疲勞裂紋級別從4級減小至2級。(2)隨淬火溫度從1000℃提高到1080℃，含鎂新型熱擠壓模具的表面硬度、耐磨損性能和抗熱疲勞性能均先升高后下降。(3)4Cr5MoSiV1Mg1含鎂新型熱擠壓模具的退火工藝優選為870℃×2h+700℃×6h等溫退火，淬火溫度優選為1040℃。

參考文獻:

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［2］陳向榮，何孝美．冷擠壓模熱處理工藝的研究［J］．熱加工工藝，2013，42(8):198－201．

［3］張千鋒．基于神經網絡熱擠壓模具鋼熱處理工藝研究［J］．熱加工工藝，2013，42(18):144－146，152．

［5］秦徑為，彭謙之，周海濤，等．Mg－8Li－3Al－Y鎂鋰合金板材熱軋及退火組織與性能［J］．稀有金屬，2015，39(7):577－582．

［6］李路，王放．外星輪熱擠壓模具結構及工藝參數聯合多目標優化［J］．中國機械工程，2013，24(20):2804－2809．

［7］李德慧，徐振越，裴久陽．熱擠壓模具鋼自身電阻加熱方法及試驗分析［J］．熱加工工藝，2013，42(17):40－42，45．

［8］楊夢娟，陳興品，孫洪福，等．預退火溫度對Ni－5%W合金立方再結晶織構的影響［J］．稀有金屬，2014，38(4):609－615．

［9］徐勝利．提高熱擠壓模具壽命的措施探討［J］．鍛壓裝備與制造技術，2013，48(6):95－97．

作者:趙平 關云卿 趙國際 單位:重慶工業職業技術學院機械工程學院 重慶大學材料科學與工程學院

第二篇：塑料模具熱處理工藝探究

摘要：

近年來，精密塑料制品的需求不斷上升，導致塑料模具的需求不斷增加，對模具制作工藝的要求也逐漸提高。熱處理工藝是塑料模具生產中的重要環節，與模具的生產質量和使用性能息息相關。本文中，我們探討了塑料模具熱處理過程中的重要因素和關鍵技術，對于推動我國塑料產業的發展具有重要意義。

關鍵詞：

塑料模具；熱處理工藝

隨著我國塑料產業的快速發展，塑料制品已經廣泛應用于我們生活的方方面面，如商品包裝、建筑材料、汽車配件等等。近年來，精密塑料制品的需求不斷增大，市場潛力十分巨大。相應地，我國塑料模具的市場也不斷擴大，對于模具制作工藝的要求也不斷增加。熱處理工藝是塑料模具制作中的關鍵環節，與塑料模具的生產質量和使用性能密切相關。

1熱處理的重要因素

1.1塑料模具的精度

熱處理過程中產生的變形是導致塑料模具精度降低的主要問題。具體來說，在模具進行熱處理時，由于各個面的加熱速度和冷卻速度不同，使各個面出現溫度差，導致模具出現體積膨脹不均勻的現象，引發模具組織轉變不均勻，因此產生組織應力和熱應力。當熱處理中產生的殘余應力大小超過模具的最大承受范圍時，就會導致模具發生變形，使模具精度降低、甚至失效。

1.2塑料模具的強度

塑料模具的熱處理工藝是決定其強度大小的重要因素。具體來說，當熱處理工藝的選擇不合理，熱處理過程的操作不規范，或是熱處理設備存在故障時，都會降低塑料模具的強度，導致生產的模具不合格。因此，廠家在生產塑料模具時，必須按照模具的不同強度要求，根據不同的模具用材，采用相應的熱處理工藝。

1.3塑料模具的使用壽命

塑料模具的熱處理工藝也是決定其使用壽命的關鍵因素。具體來說，當熱處理工藝的選擇不合理或操作不規范時，會引發模具在熱處理過程中產生組織結構不合理和晶粒度超標等問題，使得塑料模具的韌性下降，抗冷熱疲勞性降低，抗磨損性變差，最終導致模具的整體性能降低，影響模具的使用壽命。

1.4塑料模具的制作成本

塑料模具的生產成本與熱處理工藝密切相關。具體來說，當模具采用了不恰當的熱處理工藝或操作不規范時，會導致模具的耐磨性、耐腐蝕性、抗冷熱性、韌性、硬度和強度等性能降低，甚至導致模具出現變形、失效。因此，采用合理的熱處理工藝能夠提高塑料模具的生產質量，從而降低模具的生產成本，提高生產廠家的經濟效益。

2熱處理的關鍵工藝

2.1正火工藝

正火工藝也是熱處理過程中的重要環節，它和退火時的加熱溫度類似，但其采用的冷卻速度比退火更快。具體來說，當金屬模具加熱到一定溫度時（一般為727和912攝氏度之間），保溫一段時間，然后讓其在空氣中自然冷卻，或是通過鼓風、噴霧、噴水等方式加速冷卻，最終得到珠光體類型的組織。正火工藝主要是為了讓金屬模具中的晶粒更加細化，消除熱處理工程中產生的殘余應力，讓模具中的碳化物組織分布更加均勻，使其硬度、韌性和強度增加。

2.2退火工藝

退火工藝是熱處理工藝的關鍵環節，主要應用于金屬模具中。具體來說，當金屬模具加熱到一定溫度時，保溫一段時間，然后讓其慢慢冷卻至室溫，使其接衡組織。退火工藝的主要作用是去除模具熱處理時產生的殘余應力，降低他們變形的風險，以提高其精度。此外，退火工藝還可以降低晶粒度，使得模具的組織結構更加合理，增加模具的使用壽命。按照熱處理時加熱溫度的不同，我們可以將退火工藝分為四類，分別是完全退火、不完全退火、等溫退火和球化退火。

2.3淬火工藝

淬火工藝是熱處理時強化模具硬度的關鍵環節。具體來說，當金屬模具加熱到一定的溫度（臨界溫度Ac1和Ac3以上）時，保溫一段時間，讓模具的組織變成冷奧氏體，然后以高于臨界淬火的速度進行加速冷卻，讓模具組織由奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體。淬火過程必須按照模具的尺寸和材質，合理控制模具加熱的速度，淬火的溫度，保溫時間和冷卻的速度，否則會使淬火過程中產生內應力，導致金屬模具的變形、開裂。要想獲得正確的淬火冷卻速度，還要采用合適的淬火介質，工業生產中常用的介質有水、NaCL溶液、NaOH溶液，以及各種礦物油等。

2.4回火工藝

回火工藝也是熱處理中強化模具硬度的重要方法，大部分的金屬模具在淬火之后都要進行回火過程。具體來說，將淬火后的金屬模具加熱到一定溫度（臨界溫度以下）時，保溫一段時間，然后讓其在空氣中自然冷卻，或是通過噴水、噴油等加速冷卻，最終使模具達到穩定狀態。回火工藝主要用來降低淬火時產生的應力，以增強模具的韌性、強度和硬度，使模具的性能達到標準。按照回火過程中溫度的高低，我們將回火分為三種工藝，分別是低溫回火、中溫回火和高溫回火。

3結語

總得來說，熱處理工藝是塑料模具生成中的關鍵環節，直接影響了塑料模具的生產質量和使用性能。在廠家生產塑料模具的過程中，要綜合考慮模具的精度、強度、使用壽命和制作成本等多種因素，選取恰當的正火、退火、淬火和回火工藝，保證塑料模具的生產質量和使用性能。

參考文獻:

[1]杜景來.塑料模具的熱處理工藝的研究[J].科技致富向導,2015(8):65-65.

[2]陳向榮,何孝美,李梅前.塑料模具熱處理工藝的研究[J].熱加工工藝,2015(24):208-209.

[3]張先鳴.幾種新型塑料模具鋼性能及熱處理工藝的研究[J].模具制造,2015,15(5):83-86.

作者:張迪 單位:吉林工商學生物工程學院

第三篇：模具制造中熱處理工藝的應用

模具制作是工業發展中的基礎性產業，對模具制作環節中實施的熱加工技術展開系統地分析和歸納，可知恰當有效的熱加工過程在很大程度上關聯著模具制品的制造質量。力學品質、使用周期和制作費用是代表模具品質及使用周期的基本要素。筆者同時對模具熱加工技術在模具制品制作環節中的運用趨勢展開估判。

引言

模具制品制作包括各類形式多樣的切削處理過程及熱處理工藝。在此種繁瑣的多環節程序中，牽扯到了很多的熱加工步驟及很是繁瑣的熱加工工序，并且融入到了整個模具制作的全部流程之中。針對模具制品的熱加工過程是實現模具應有性能的基本工藝步驟。在模具產品結構、制作材料及使用環境相同的狀態下，真正實現熱加工效果。運用最有效的熱力加工程序是完整展示模具功能潛力、增加模具服役周期的有力步驟。含有缺陷的熱處理過程，其不僅實現不了對原有弊病的克服及性能的完善過程，反之卻使缺陷擴展和增加并且。迅速蔓延，由此導致模具的制作功虧一簣，事敗垂成。所以，模具制作過程中的熱加工工序具有其不可或缺的功效。

1提前熱加工過程在模具制品制作過程中的運用

模具制品的預先性熱加工工藝及其品質可直接緊密關聯及左右著模具制品的最后熱加工質量及模具產品的實際使用品質。所以，預先熱加工是針對模具材料實施整體熱力加工過程的關鍵步驟，是實施模具制品熱加工的前提條件。事實證明，沒實施較佳的預備型熱加工過程，即不可能實現有效的最后熱加工質量。

1.1球化退火

此種退火方式重點應用在共析型鋼坯及過共析型鋼坯，比如碳素型工具鋼料、合金型工具鋼料及軸承型鋼料等，此類型鋼料經軋碾、鍛打之后在空氣中冷卻，所獲得的結構是片頁狀態的珠光體和網格滲碳形體，此類結構堅硬而脆化。不但不容易對其進行切削處理而且其在后續淬火環節中還極易發生變形及出現裂縫。而實施球化式退火過程所獲取的是球形狀態的珠光體結構。其中部分滲碳鋼體顯現成球形狀零散顆粒，零散粘連在鐵素體的本體之上，與片頁狀珠光球體作比較，其不僅顯現出硬度小，容易進行切削處理過程，并且在實施淬火提溫時，其奧氏體晶體顆粒不容易生長，降溫時其工件產生變形及開裂趨勢很小。再有，針對那些亟待調整受冷發生塑性形態變化(比如沖擊壓縮、冷態鐓砸等過程)的亞態共析型鋼在特定時限亦應選取球式退火處理過程。

1.2消除結構應力退火處理

實施消除結構應力退火過程，其目的是為了抵消因為之前經歷的塑性型形變處置、焊接過程等所引起的，還有其鑄件毛坯內留存的剩余應力而采取的退火處置過程。其重點用來克服鑄造部件、焊接部件、切割部件、冷型沖壓部件及機械加工部件結構內的各類殘存應力分布，增強他的穩固性，避免淬火時發生變形撕裂的一類熱加工工藝手段。在大面積切削尺寸的機械型處置(比如刨削、銑切、鏜刮等過程)以后，實施消除應力的退火過程，能抵消進行機械處置時產生的部分應力，減小最后熱加工的淬火型變形幅度。在進行放電處置過程前后實施消除應力的退火過程，不但能克服由于電流脈沖、線性切割導致的熱應力、結構轉變式應力的產生，也可減弱放電功能層的堅硬程度。給鉗修開辟通路，阻止變形、開裂過程的加劇。

1.3工件正火

正火處置過程是把工件提溫至Ac3或Acm之上35~55攝氏度，橫溫一定時限之后，由爐內掏出，并置于空氣當中實施灑水、噴水霧或鼓風降溫的金屬熱加工工序。作為預先性熱加工的正火作業在模具制品制作過程中重點具備上如下功能。其一是優化低碳型模具用鋼的切削處置品質，對于碳濃度少于0.26%的碳素型鋼和低合金型鋼組織，如果選取退火工序作為其預備熱加工環節，其經過加工之后的堅硬度會大幅度降低。在切削處理時很容易產生“粘刀”現象，而且其表觀光潔度極低。利用正火過程可調整其切削處置性能。其二是彌補中碳型模具鋼熱處理時的弊病。中碳型組織鋼鑄體、鍛造體、軋碾件還有焊制工件，在進行熱處理之后極易產生魏氏結構、晶體顆粒粗壯等超熱弊病及帶形結構。當其中存在嚴重的網狀碳化物時，將達不到良好的球化效果。

2最終熱處理在模具制造中的應用

最終熱處理是保證模具工作零件性能的中心環節，一般應安排在精加工階段前后。

2.1淬火

淬火是將模具鋼材加熱到一定溫度保溫一定時間后，根據模具鋼種和模具零件的熱處理技術要求進行冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。模具鋼淬火的三要素是：加熱溫度、保溫時間和冷卻介質。決定這些要素的關鍵是加熱設備、模具鋼種成分、淬透性等。

2.2回火

回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下，保溫一到兩個小時后冷卻的工藝。回火往往是與淬火相伴，并且是熱處理的最后一道工序。經過回火。模具鋼的組織趨于穩定，脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應力，穩定模具鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，且還可改善切削加工性能。

3結語

各種模具的工作條件不完全相同，對模具材料的性能要求也不盡相同。采用最佳的熱處理工藝是充分發揮模具材料潛力，是提高模具使用壽命的關鍵。我們堅持可持續發展和綠色制造的理念，力爭實現循環經濟模式，必將在中國模具熱處理行業可持續發展的道路上越走越穩健。

引用：

[1]鄧莉萍,羅軍明,蘇倩.預備熱處理對Cr12MoV鋼組織性能的影響[J].熱加工工藝.2012(06).

[2]郭曉紅.W18Cr4V沖孔冷沖模淬火工藝的改進[J].熱加工工藝.2011(12).

[3]郭淑娟,才麗娟.預冷等溫球化退火工藝對Cr12型模具鋼組織性能的影響[J].科學技術與工程.2011(08).

[4]殷黎麗,楊彬,石滿英.新材質導板變質后正火工藝研究[J].熱加工工藝.2011(02).

作者:楊璐 單位:邵陽學院機械與能源工程系