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[摘要]：介绍冷作模、热作模热处理方法在我公司的应用，说明模具制作过程中，根据模具的材料和模具的使用性能及图样技术要求，怎样选择合理的预先热处理工艺、及最终热处理才能满足模具的强度、硬度和韧性等要求，并介绍热处理工艺方法在工艺路线中安排情况。
[关键词]：冷作模具 热作模具 工艺路线 预先热处理 最终热处理
中图分类号：TG162.4 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0019–01
0 前言
模具在机械加工过程中，为改善切削加工性能及获得最终的综合机械性能一般都要经过预先热处理和最终热处理。机加工前的热处理称为第一热处理或预备热处理。机加工后，为达到模具的使用性能要求，需要进行热处理，称为最终热处理或第二热处理，在生产中，热处理工艺的安排是根据模具的材料和技术要求而定的，同时对模具的最终机械性能起着决定性的作用，因此，合理安排热处理工序对降低产品成本、减少废品、提高模具质量尤为重要，下面就结合我公司情况对几种材质模具热处理工艺安排情况介绍如下。
1 预先热处理
预先热处理一般安排在机加工前或机械加工后最终热处理前，预先热处理目的主要集中在几个方面，改变毛坯或原材料的硬度以改善切削加工性能，消除毛坯或机械加工中的应力，改善内部组织，使组织均匀。
模具钢的预先热处理一般为退火，根据模具选材的不同、使用性能的不同采用退火的方式也不一样，因此预先热处理可采用完全退火、等温退火、去应力退火等方法。
1.1 完全退火
对于中碳合金钢的热作模$CrMnMo、5CrNiMo，一般毛坯锻造后为消除内应力、降低硬度、便于机加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性，通常采用完全退火，即将锻件加热到AC3以上30-50℃，经过保温使钢的组织全部奥氏体化，然后随炉缓冷400-500℃，取出空冷。完全退火的目的消除锻造过程中造成的粗大不均匀组织和魏氏体组织，使晶粒细化，同时消除了锻件内的残余应力并降低了硬度，便于机械加工。若锻件沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，消除网状碳化物，然后进行完全退火。
1.2 等温退火
适用于高碳高合金冷作模具钢，如T10A、9Mn2V、9SiCr、GCrl5、Crl2、Crl2MoV及热作模3Cr2W8V等，退火温度同完全退火，其目的与完全退火和球化退火目的相同，即将锻件加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上20～30℃，经过一定时间的保温，然后急速冷却Arl以下，在这个温度下做等温停留，使奥氏体向珠光体转变，然后炉冷500-600℃，取出空冷。等温退火主要适用退火周期较长的合金钢，另外等温退火后的珠光体是恒温得到的，锻件能获得内外一致的组织。因而普遍使用。
1.3 去应力退火
對于一些形状复杂、厚薄相差大，有尖锐钝边、易变形开裂的工件、常在机械加工后，为消除应力，常采用去应力退火，以减少构件内部应力，避免制件开裂，然后进行机械加工或在淬火前安排此工序。
2 最终热处理
各类冷作模及热作模在半精加工后，磨削加工前都要进行淬火及回火处理。淬火是将工件加热到Ac3或ACl以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却的热处理工艺，其目的是提高模具材料硬度、强度和耐磨性。回火是为了消除应力，提高韧性、稳定组织和保证模具尺寸[1～2]。
2.1 冷作模具热处理
冷作模具根据其性能要求，应具有高的硬度和耐磨性，有足够的抗弯强度和韧性，模具一般为共析钢和过共析钢，另外，形状复杂的冷作模，要求钢的热变形要小，对于挤压模还要求一定的红硬性，因此不同类型的冷作模的热处理工艺应根据模具的性能而采用不同的工艺方法，对于冷作模具的淬火质量要求在于能否得到淬硬组织和最小的热处理变形，因此在可能的条件下适当提高冷作模的淬火加热温度，合理选择淬火介质，以获得较深的淬硬层和较少的热处理变形，这是模具热处理的关键。冷作模的加热速度和方法，应根据模具大小和形状来确定，小型模具可盐浴加热，大型模具可用箱式炉加热，并具有防止脱碳的措施，模具冷却采用油、盐浴、碱浴和硝盐等，具体选用何种介质，应根据模具材料、性能要求、技术条件来定。
冷作模淬火后应及时回火，回火温度根据冷作模的硬度要求来定，并结合模具材质、使用要求合理的选择回火温度。
2.2 热作模具热处理
热作模具根据其工作条件和性能要求决定了自身的热处理工艺特点。热作模是使热态金属获得所需要的形状的模具，包括热锻模、热顶锻模、热挤压模。热作模在工作过程中要承受冲击载荷、压应力、弯曲应力、模腔与炽热金属有强烈的摩擦及反复体积变化。模县要求具有一定的硬度和足够的耐磨性、高温下保持高的强度和冲击韧性、导热性、并具抗氧化性及耐腐蚀的能力。为赋予热作模上述机械性能，模具要进行淬火及高温回火，使基体获得屈氏体或回火索氏体组织，以保持较高的韧性。另外，由于热变形模具钢W、Mo、V等碳化物在回火时析出，产生二次硬化，使模具钢在较高温度下仍然保持相当高的硬度，这是热变形模具钢正常工作的重要条件。因此，热作模的淬火温度应根据模具的用途和材料来定（可查阅热处理工具书），但也不是一成不变的，如5CrMnMo热锻模常规淬火热处理工艺温度840～86℃。为提高模具的寿命，提高模具的淬火温度，即对上述常规热处理工艺进行调整，在其它工艺参数不变的条件下，将淬火温度提高至950℃，模具的使用寿命能提高2.5倍，这主要是因为过热淬火改善了模具的韧性。
为减少热作模具的淬火变形，可采用淬火冷却前进行预冷，然后空冷或中温盐浴。为彻底消除内应力，根据材质的不同采用不同的回火温度回火两次，回火时间1～2h。有些热作模为避免回火脆性，如3Cf2W8V回火油冷后，还要增加160～200℃补充回火一次。
3 工艺路线安排
各类冷作模、热作模为获得良好的综合机械性能、减少内应力、获得要求的表面质量，一般工艺过程必须都经历预先热处理、机械加工、最终热处理等工序[3]。
冷作模等温退火后的珠光体是恒温得到的，毛坯能获得内外一致的组织通常采用的工艺路线为简单模具：等温退火一机械加工一淬火一回火机械加工（磨削）。对于一些形状复杂、厚薄相差大、有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用等温退火一机械加工一去应力退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。热作模为便于机加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性，通常采用完全退火或正火加完全退火进行预先热处理，因此简单模具为完全退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。对于一些形状复杂、厚薄相差大，有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用完全退火（或正火加完全退火）一机械加工一去应力退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。
4 结束语
总之，预先热处理及最终热处理工艺方法对于改善模具组织结构、提高机械加工性能、增加工件的使用寿命尤为重要。模具应根据模具具体情况在工艺路线中合理安排，但这也不是一成不变的，对于统一材质的不同模具，又可采用不同的热处理方法、不同的工艺路线，因而获得的组织及机械性能也不相同。在生产中应针对满足模具的要求适当安排，这样才能使企业获得较大的经济效益。
[关键词]：冷作模具 热作模具 工艺路线 预先热处理 最终热处理
中图分类号：TG162.4 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0019–01
0 前言
模具在机械加工过程中，为改善切削加工性能及获得最终的综合机械性能一般都要经过预先热处理和最终热处理。机加工前的热处理称为第一热处理或预备热处理。机加工后，为达到模具的使用性能要求，需要进行热处理，称为最终热处理或第二热处理，在生产中，热处理工艺的安排是根据模具的材料和技术要求而定的，同时对模具的最终机械性能起着决定性的作用，因此，合理安排热处理工序对降低产品成本、减少废品、提高模具质量尤为重要，下面就结合我公司情况对几种材质模具热处理工艺安排情况介绍如下。
1 预先热处理
预先热处理一般安排在机加工前或机械加工后最终热处理前，预先热处理目的主要集中在几个方面，改变毛坯或原材料的硬度以改善切削加工性能，消除毛坯或机械加工中的应力，改善内部组织，使组织均匀。
模具钢的预先热处理一般为退火，根据模具选材的不同、使用性能的不同采用退火的方式也不一样，因此预先热处理可采用完全退火、等温退火、去应力退火等方法。
1.1 完全退火
对于中碳合金钢的热作模$CrMnMo、5CrNiMo，一般毛坯锻造后为消除内应力、降低硬度、便于机加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性，通常采用完全退火，即将锻件加热到AC3以上30-50℃，经过保温使钢的组织全部奥氏体化，然后随炉缓冷400-500℃，取出空冷。完全退火的目的消除锻造过程中造成的粗大不均匀组织和魏氏体组织，使晶粒细化，同时消除了锻件内的残余应力并降低了硬度，便于机械加工。若锻件沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，消除网状碳化物，然后进行完全退火。
1.2 等温退火
适用于高碳高合金冷作模具钢，如T10A、9Mn2V、9SiCr、GCrl5、Crl2、Crl2MoV及热作模3Cr2W8V等，退火温度同完全退火，其目的与完全退火和球化退火目的相同，即将锻件加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上20～30℃，经过一定时间的保温，然后急速冷却Arl以下，在这个温度下做等温停留，使奥氏体向珠光体转变，然后炉冷500-600℃，取出空冷。等温退火主要适用退火周期较长的合金钢，另外等温退火后的珠光体是恒温得到的，锻件能获得内外一致的组织。因而普遍使用。
1.3 去应力退火
對于一些形状复杂、厚薄相差大，有尖锐钝边、易变形开裂的工件、常在机械加工后，为消除应力，常采用去应力退火，以减少构件内部应力，避免制件开裂，然后进行机械加工或在淬火前安排此工序。
2 最终热处理
各类冷作模及热作模在半精加工后，磨削加工前都要进行淬火及回火处理。淬火是将工件加热到Ac3或ACl以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却的热处理工艺，其目的是提高模具材料硬度、强度和耐磨性。回火是为了消除应力，提高韧性、稳定组织和保证模具尺寸[1～2]。
2.1 冷作模具热处理
冷作模具根据其性能要求，应具有高的硬度和耐磨性，有足够的抗弯强度和韧性，模具一般为共析钢和过共析钢，另外，形状复杂的冷作模，要求钢的热变形要小，对于挤压模还要求一定的红硬性，因此不同类型的冷作模的热处理工艺应根据模具的性能而采用不同的工艺方法，对于冷作模具的淬火质量要求在于能否得到淬硬组织和最小的热处理变形，因此在可能的条件下适当提高冷作模的淬火加热温度，合理选择淬火介质，以获得较深的淬硬层和较少的热处理变形，这是模具热处理的关键。冷作模的加热速度和方法，应根据模具大小和形状来确定，小型模具可盐浴加热，大型模具可用箱式炉加热，并具有防止脱碳的措施，模具冷却采用油、盐浴、碱浴和硝盐等，具体选用何种介质，应根据模具材料、性能要求、技术条件来定。
冷作模淬火后应及时回火，回火温度根据冷作模的硬度要求来定，并结合模具材质、使用要求合理的选择回火温度。
2.2 热作模具热处理
热作模具根据其工作条件和性能要求决定了自身的热处理工艺特点。热作模是使热态金属获得所需要的形状的模具，包括热锻模、热顶锻模、热挤压模。热作模在工作过程中要承受冲击载荷、压应力、弯曲应力、模腔与炽热金属有强烈的摩擦及反复体积变化。模县要求具有一定的硬度和足够的耐磨性、高温下保持高的强度和冲击韧性、导热性、并具抗氧化性及耐腐蚀的能力。为赋予热作模上述机械性能，模具要进行淬火及高温回火，使基体获得屈氏体或回火索氏体组织，以保持较高的韧性。另外，由于热变形模具钢W、Mo、V等碳化物在回火时析出，产生二次硬化，使模具钢在较高温度下仍然保持相当高的硬度，这是热变形模具钢正常工作的重要条件。因此，热作模的淬火温度应根据模具的用途和材料来定（可查阅热处理工具书），但也不是一成不变的，如5CrMnMo热锻模常规淬火热处理工艺温度840～86℃。为提高模具的寿命，提高模具的淬火温度，即对上述常规热处理工艺进行调整，在其它工艺参数不变的条件下，将淬火温度提高至950℃，模具的使用寿命能提高2.5倍，这主要是因为过热淬火改善了模具的韧性。
为减少热作模具的淬火变形，可采用淬火冷却前进行预冷，然后空冷或中温盐浴。为彻底消除内应力，根据材质的不同采用不同的回火温度回火两次，回火时间1～2h。有些热作模为避免回火脆性，如3Cf2W8V回火油冷后，还要增加160～200℃补充回火一次。
3 工艺路线安排
各类冷作模、热作模为获得良好的综合机械性能、减少内应力、获得要求的表面质量，一般工艺过程必须都经历预先热处理、机械加工、最终热处理等工序[3]。
冷作模等温退火后的珠光体是恒温得到的，毛坯能获得内外一致的组织通常采用的工艺路线为简单模具：等温退火一机械加工一淬火一回火机械加工（磨削）。对于一些形状复杂、厚薄相差大、有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用等温退火一机械加工一去应力退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。热作模为便于机加工及改善化学成分的偏析和组织的不均匀性，通常采用完全退火或正火加完全退火进行预先热处理，因此简单模具为完全退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。对于一些形状复杂、厚薄相差大，有尖锐钝边、易变形开裂的工件采用完全退火（或正火加完全退火）一机械加工一去应力退火一机械加工一淬火一回火一机械加工（磨削）。
4 结束语
总之，预先热处理及最终热处理工艺方法对于改善模具组织结构、提高机械加工性能、增加工件的使用寿命尤为重要。模具应根据模具具体情况在工艺路线中合理安排，但这也不是一成不变的，对于统一材质的不同模具，又可采用不同的热处理方法、不同的工艺路线，因而获得的组织及机械性能也不相同。在生产中应针对满足模具的要求适当安排，这样才能使企业获得较大的经济效益。