吳博

摘要：在模具制造過(guò)程中，熱處理工藝有著重要的意義，本文從熱處理工藝進(jìn)行深入研究，提出正確的熱處理工藝是延長(zhǎng)模具使用年限、提高模具性能的重要因素，是保證模具質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，對(duì)熱處理工藝進(jìn)行了比較全面的介紹和分析。

關(guān)鍵詞：熱處理工藝；模具制造；應(yīng)用；研究

引言：

模具制造包括各種復(fù)雜多樣的機(jī)械加工流程和熱加工工藝，在這一系列復(fù)雜的工序中，牽涉到很多熱處理工藝和熱處理環(huán)節(jié)，模具熱處理是確保模具性能的重要部分，在模具結(jié)構(gòu)、材料、工作環(huán)境各有所需的情況下，應(yīng)用熱處理工藝能夠充分發(fā)掘材料的潛力，延長(zhǎng)模具的使用年限。

一、預(yù)備熱處理在模具制造中的應(yīng)用

模具的熱處理包括預(yù)備熱處理、最終熱處理和表面強(qiáng)化處理。預(yù)備熱處理工藝對(duì)模具的最終熱處理有著重要影響，預(yù)備熱處理是模具熱處理的基礎(chǔ)。

1 球化退火

球化退火一般應(yīng)用于共析鋼和過(guò)共析鋼，比如碳素工具鋼、軸承鋼等。這類鋼經(jīng)過(guò)軋制、鍛造后空冷，所得的組織是片層狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體，這種組織本身質(zhì)地硬而脆，難以進(jìn)行切割加工，同時(shí)在后期的淬火中也容易變形和開(kāi)裂。經(jīng)過(guò)球化退火所得的球狀珠光體組織，相比于片狀珠光體，其質(zhì)地硬度低，易于切割加工，在淬火過(guò)程中奧氏體晶粒也不容易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂傾向較小。

2 去應(yīng)力退火

去應(yīng)力退火是用于去除由于塑性形變加工、焊接等導(dǎo)致的以及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火，一般用在消除鑄件、焊割件、冷沖壓件的殘留應(yīng)力上，確保其穩(wěn)定性，避免淬火變形開(kāi)裂。在大切削量的機(jī)器加工后，進(jìn)行去應(yīng)力退火，能夠有效去除機(jī)械加工的應(yīng)力，減少最終熱處理的淬火變形量。在放電加工前后進(jìn)行去應(yīng)力退火，有助于去除電脈沖、線切割引起的熱應(yīng)力、組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力，還能夠削弱放電白層的硬度，給鉗修創(chuàng)造良好的條件，有效降低開(kāi)裂的傾向，同時(shí)還可以延長(zhǎng)模具的使用年限，在模具使用一段時(shí)間后進(jìn)行去應(yīng)力退火，能夠去除模具的疲勞應(yīng)力，也能延長(zhǎng)模具的使用壽命。原則上來(lái)說(shuō)去應(yīng)力退火的溫度是越高越好，但經(jīng)調(diào)制處理，最后對(duì)模具進(jìn)行氮化處理，實(shí)際溫度不能比調(diào)制時(shí)的回火溫度高，避免基體軟化的情況出現(xiàn)導(dǎo)致模具性能質(zhì)量的下降。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)模具形狀復(fù)雜、尺寸要求嚴(yán)格時(shí)，在粗加工之后，精加工之前應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火。

3 正火

正火是把工件加熱到Ac3或者Acm以上30-50度，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧冷卻的金屬熱處理工藝。正火工藝作為預(yù)備熱處理工藝一部分在模具的制造中主要有三個(gè)作用：其一是改善低碳模具鋼的切削加工性能，針對(duì)含碳量低于0.25%的碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，如果采用退火來(lái)進(jìn)行預(yù)備熱處理，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致硬度偏低，切削加工的時(shí)候容易“粘刀”，而且其表面的粗糙度很差，而正火能夠有效的改善切削加工的性能；其二是去除中碳模具鋼熱加工的缺點(diǎn)，中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛件等，在經(jīng)過(guò)熱加工后容易出現(xiàn)魏氏組織、晶粒粗大等過(guò)熱缺陷和帶狀組織，而正火能夠去除這些問(wèn)題，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、去除內(nèi)應(yīng)力的目標(biāo)；其三是去除過(guò)共析模具鋼的網(wǎng)狀碳化物，如果過(guò)共析鋼中存在嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物，球化退火就不能取得理想的結(jié)果，而正火能夠去除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物，從而保證球化退火的效果。

4 調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)處理能夠獲得均勻細(xì)致的回火索氏體，給之后的表面淬火和滲碳時(shí)減少變形創(chuàng)造了良好的條件，所以調(diào)質(zhì)有時(shí)也可以作為預(yù)備熱處理；除此以外，由于調(diào)質(zhì)處理之后零件的綜合物理性能良好，對(duì)于部分硬度和耐磨性要求不高的但綜合物理性能要求很高的零件，也可以作為最終熱處理。

二、最終熱處理在模具制造中的應(yīng)用

最終熱處理是確保模具工作零件性能的重要工序，一般在精加工階段的前后進(jìn)行。

1 淬火

淬火是將模具鋼材加熱至一定的溫度后保溫一段時(shí)間，按照模具鋼種和模具零件的熱處理技術(shù)要求進(jìn)行冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的重點(diǎn)在于加熱的溫度、保溫的時(shí)間和冷卻介質(zhì)，影響這些的要素是加熱設(shè)備、模具鋼種成分、淬透性和熱處理要求等。正確的選擇參數(shù)，能夠保證獲得所需的硬度和金相組織，另外還能有效避免零件的變形、扭曲、開(kāi)裂等情況的出現(xiàn)。淬火之后材料的塑性和韌性會(huì)降低，且存在很大的內(nèi)應(yīng)力，組織結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，表面可能會(huì)出現(xiàn)微裂紋，工件的尺寸可能會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此淬火后有必要進(jìn)行回火處理。

2 回火

回火是把淬火鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，保溫1-2小時(shí)后冷卻的工藝?；鼗鹨话闶桥c淬火相結(jié)合的，同時(shí)也是熱處理的最后一步。經(jīng)過(guò)了回火，模具鋼的組織變得穩(wěn)定，脆性下降，韌性和塑性提升，去除或降低了淬火應(yīng)力，穩(wěn)定了模具鋼的形狀和尺寸，避免了淬火零件變形和開(kāi)裂的情況，另外高溫回火還能夠有效優(yōu)化切削加工的性能。模具鋼回火是模具鋼淬火后必不可少的關(guān)鍵工序，模具鋼回火溫度的選擇完全按照模具零件的要求和力學(xué)性能來(lái)確定。根據(jù)溫度的高低可以分為低溫、中溫和高溫回火。低溫回火一般在250度以下，目的在于保證高硬度的同時(shí)，有效去除或降低模具鋼的淬火應(yīng)力，恢復(fù)一定的韌性使模具鋼不會(huì)太脆。中溫回火一般在300-500度，目的是讓淬火鋼在擁有一定的強(qiáng)度和彈性的同時(shí)也具有相應(yīng)的韌性和塑性。高溫回火則在500-650度甚至更高的溫度，目的是調(diào)整模具鋼的強(qiáng)韌性從而確保其達(dá)到最理想的配合，也稱之為模具鋼調(diào)質(zhì)處理。模具鋼預(yù)先熱處理時(shí)，也給后續(xù)工序的表面淬火、滲氮等創(chuàng)造了條件，提高了可加工性。

三、表面強(qiáng)化工藝在模具制造過(guò)程中的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)了表面處理，模具表層的成分和組織得到了改變，其內(nèi)部柔韌、表面硬、耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗疲勞抗粘接，對(duì)于改善模具的綜合性能、節(jié)約合金元素、降低生產(chǎn)成本、開(kāi)發(fā)材料性能、充分應(yīng)用模具特點(diǎn)非常有意義。同時(shí)還能夠有效的延長(zhǎng)模具的使用年限，對(duì)于模具制造的成本而言，表面強(qiáng)化工藝的費(fèi)用相對(duì)較低，對(duì)于模具壽命的延長(zhǎng)有著事半功倍的效果。模具表面強(qiáng)化工藝多種多樣，不但有傳統(tǒng)的表面淬火技術(shù)、熱擴(kuò)滲技術(shù)、熱噴涂技術(shù)等，還有近年來(lái)新提出的激光表面強(qiáng)化技術(shù)、離子注入技術(shù)等。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所言，不同模具的工作環(huán)境各不相同，因此對(duì)模具的性能要求也各不相同，熱處理工藝能夠充分的利用模具的潛力，對(duì)于延長(zhǎng)模具的使用年限，提高模具的綜合性能也有積極的作用。我們應(yīng)該堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展和綠色制造的觀念，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，推動(dòng)模具熱處理行業(yè)的不斷進(jìn)步。

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