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模具钢的热处理
模具钢材是目前增长速度比较快的行业之一,主要原因是社会工业化的发展处于一个高峰期,各种模具钢材性能北欧不断在改进,形成了一定的市场规模。而模具钢热处理的过程是决定模具钢性能的关键环节。
1.模具钢热处理是把金属材料在固态范围内通过一定的加热,保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。由热作模具钢和冷作模具钢的性能差异可以看出不同的模具钢,需要的热处理条件是不一样的。
2.模具钢热处理有几下几种工艺:
(1)退火:将金属或合金的材料加热到相变或部分相变温度,保温一段时间,然后缓慢冷却。
(2)正火:将钢加热到完全相变以上的某一温度,保温一定的时间后,在空气中冷却。
(3)淬火:将钢加热到相变或部分相变温度,保温一段时间后,快速冷却。
(4)回火:将经过淬火的钢,重新加热到一定温度(相变温度以下),保温一段时间,然后冷却。
(5)调质处理:将钢件淬火,随之进行高温回火。
(6)表面热处理:改变模具钢表面组织或化学成分,以其改面表面性能的热处理工艺。
表面热处理分为两大类,一类是表面淬火回火热处理,另一类是化学热处理,其硬度检验方法如下:
1.表面淬火回火热处理
表面淬火回火热处理常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计,也可采用洛氏或表面洛氏硬度计。维氏、洛氏和表面洛氏三种硬度值可以方便地进行相互换算,转换成标准、图纸或用户需要的硬度值。表面淬火时,热作模具钢性能要求要比较耐高温,淬火温度会高些,冷作模具钢通常要求有较高的硬度。
2.化学热处理
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化学热处理是使工件表面渗入一种或几种化学元素的原子,从而改变工件表面的化学成分、组织和性能的一种处理方式。经淬火和低温回火后,工件表面具有较高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,而工件的芯部又具有高的强韧性。化学热处理工件的表面硬度检测与表面淬火热处理工件的硬度检测相近,都可以用维氏硬度计、表面洛氏硬度计或洛氏硬度计来检测,只是渗氮厚的厚度较薄
常用热作模具钢的钢号、特点与应用 序号类 别 钢号 特点与应用中国钢号外国近似钢号 9 高 耐 热 性 热 作 模 具 钢3Cr2W8V（GB/T 1299-2000） 30WCrV9(ISO) SKD5(JIS) STD5(KS) H21(ASTM) T20831(UNS) X30WCrV9-3(EN) X30WCrV9-3(DIN ) BH21(BS) X30WCrV9(NF) 3X2B8Φ(ΓOCT) 2730(SS) X30WCrV9-3KU(U NI) 3Cr2W8V钢含有较多的易形成碳化物 的铬、钨元素，因此在高温下有较高的强 度和硬度，在650℃时硬度近达300HBS，但 其韧性和塑性较差。钢材断面在,’DD以下 时可以淬透。这对表面层需要有高硬度、 高耐磨性的大型顶锻模、热压模、平锻机 模已是 足够了。这种钢的相变温度较高，抵抗冷 热交变的耐热疲劳性良好 这种钢可用来制作工作温度较高（≥ 550℃）、承受静载荷较高但冲击载荷较低 的锻造压力机模具（镶块），如平锻机上 用的凸凹模、镶块、铜合金挤压模、压铸 用模具；也可供作同时承受较大压应力、 弯应力、拉应力的模具，如反挤压的模具； 还可供作高温下受力的热金属切刀等 10 3Cr3Mo3W2V(GB /T1299-2000) 30CrMo3(ISO) BH10(BS) 3Cr3Mo3W2V简称HM-1，北京机电研究 所、首钢特种钢公司研制。是高强韧性热 作模具钢，其冷加工、热加工性能良好， 淬回火温度范围较宽；具有较高的热强性、 热疲劳性能，又有良好的耐磨性和抗回火 稳定性等特点。该钢适宜制造镦锻、压力 机锻造等热作模具，也可用于铜合金、轻 金属的热挤压模、压铸模等。模具使用寿 命较高 11 5Cr4Mo2W2VSi 5Cr4Mo2W2VSi 钢是一种新型热作模 具钢。此钢是基体钢类型的热作模具钢， 经适当的热处理后具有高的硬度、强度、 好的耐磨性，高的高温强度以及好的回火 稳定性等综合性能，此外也具有一定的韧 性和抗冷热疲劳性能。该钢的热加工性能 也较好，加工温度范围较宽。适于制造热 挤压模、热锻压模、温锻模以及要求韧性 较好的冷镦用模具
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
SKD11热处理工艺 成分标准：GB/T1299-2000 化学成份：% C碳Si硅Mn锰Cr铬V钒Mo钼P磷S硫磺 1.50 0.25 0.45 1 2.0 0.35 1.00 ≤0.025 ≤0.010 特点：高碳高铬钢，高淬透性，高硬度、耐磨性及韧性极高。 用途：各种冷模，成形轧辊，剪刀，形状繁杂之冷压工具，塑胶模等。 硬度：出厂状态：HB≤255，最终热处理后HRC60°左右； A.预热处理：调质（获得稳定材料金相组织） 调质：淬火，940℃油或水冷（材料深度较大时油冷），640℃回火，硬度HRC29-33； 上海荔锋模具钢材有限公司https://www.doczj.com/doc/af8311499.html, B.最终热处理内容如下： 1．淬火：先预热700-750℃（宜二次预热~500℃~850℃），再加热至1000-1040℃，在静止空气中冷却，如钢具尺寸在6寸以上则加热至980-1030℃在油中淬硬更佳。 2．回火：加热至150~200℃，在此温度中停留保温≥2小时，然后在空气中冷却。回火温度，保温时间及HRC硬度变化（见以下参考图）。
C、采用试验比较的方法积累经验值： SKD11 https://www.doczj.com/doc/af8311499.html,/productinfo/detail_4_51_109.html 热处理工艺试验内容： 1．准备试棒,按以下规格数量备各零件（采用原P620-01-m01料单有误的两件坯料，棒料则按仓库现有的Cr12MoV或Cr12，但必须注明其材料牌号）； 2．在零件上作出序号标识：（1，2，3，4等）； 3．工艺路线： A、件号如（1，2）（温度调整异同各1件）：按预热处理精加工（铣或磨削）最终热处理； B、件号如（3，4）（温度调整异同各1件）：加工后最终热处理；（热处理及加工后应尽量平放，细长件应及时垂直吊放）； 4．各工序完成时请及时在附表中填写各加工后、热处理后的实际尺寸及平行度，直线度实际值等形位尺寸实际值，热处理温度及保温时间，各起始时间及详细操作过程和时间，实际硬度值,操作者姓名等内容。 附注：a、SKD11：200*20*20 4件; b、SKD11：55*55*55 4件; c、SKD11：55*55*55 4件（按图加工形状）; d、Cr12或Cr12MoV φ20*200 2件; e、Cr12或Cr12MoV 库房中现有较小规格材料2件; 资料来源：https://www.doczj.com/doc/af8311499.html,/articleinfo/detail_5_10_365.html
S136热处理工艺 在保护状态下，加热至780℃，然后在炉中以每小时10℃的速度，冷却至650℃，接着再置于空气中冷却。 应力消除 经过粗加工后，必须加热至650℃，均热2小时，缓慢冷却至500℃，然后置于空气中冷却 保温时间＝当钢材的表面及中心达到一致的淬火温度后，才开始计算在炉中的保温时间。 淬火时必须保护，以避免脱碳及氧化。 冷却介质 ●油 ●流动粒子炉或盐裕炉250－550℃分级淬火，然后冷却于高速空气中●高速气体/真空炉中具有足够正压的气体为求模具达到最适当的特性，在模具的变形程度可接受的条件下，冷速越快越好。于真空炉中热处理时推荐使用4－5b a r的气压。
钢材冷却至50－70℃应立即回火。 硬度、晶粒大小、残余奥氏体数量于奥氏体化温度的关系图。 回火 参照回火曲线图按所需硬度值选择回火温度。回火两次，每次回火后，必须冷却到室温，最低的回火温度为180℃（适用于小件）。保温时间至少两小时。 回火曲线图
注1：建议250℃回火求韧性，硬度及抗腐蚀性的最好组合。 注2：以上的曲线数据只适宜小型模具。模具可达的硬度要视模具的尺寸。 注3：应避免选用过高的奥氏体化温度与过低的回火温度＜250℃的组合，皮棉模具产生太大的应力。 尺寸变形 淬火及回火时的温度，不同种类的炉具及淬冷介质，会影响模具尺寸的改变。模具的尺寸与几何形状也同样重要。模具在加工时应预留加工量以弥补热处理后的尺寸变形。 在粗加工与半精加工之间建议预留0.15％作为S TAVA X E S T(S-136)的加工预留指标。 淬火过程的尺寸改变 试片100*100*25毫米经正规的热处理程序，在淬火时的尺寸改变。 淬火过程 由1020℃起 宽度％长度％厚度％ 油淬最小 最大+0.02 -0.05 +0.02 -0.03 +0.04 - 分级淬火最小 最大+0.02 -0.03 ±0 +0.03 -0.04 -
模具材料及热处理模具材料及热处理 1．金属组织 1.1金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 1.2合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 1.3固溶体 是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 1.4固溶强化 由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 1.5化合物 合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 1.6机械混合物 由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积A V，以P/A V的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。
对塑料模具钢的要求及热处理 ☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。 钢的热处理： 1.予硬化型塑料模具钢的热处理： ⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的 HPM2。 荐的规范为淬火—840~8800C，油冷， 回火—600~6500C，空冷， 硬度—28~33HRC。 ⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺： 淬火—820~8700C， 回火—150~2600C，空冷， 硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。 ⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比 SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能 均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。钢的冶金质量、加工性优良。抛光性 和电蚀刻性亦好。 供应硬度：280~325HBS 退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。硬度≤265HBS。 淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。经予热后的淬火保 温时间按0.5min/mm计算。为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。 冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。 2小时，空冷。 渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。硬度550~800HV，渗氮后不宜研 磨，以免渗氮层磨掉。 焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。 镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。 2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。 ⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良 好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。 退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。 淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。 淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。
s136模具钢热处理工艺-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
S136热处理工艺 软性退火 在保护状态下，加热至780℃，然后在炉中以每小时10℃的速度，冷却至650℃，接着再置于空气中冷却。 应力消除 经过粗加工后，必须加热至650℃，均热2小时，缓慢冷却至500℃，然后置于空气中冷却 淬火
保温时间＝当钢材的表面及中心达到一致的淬火温度后，才开始计算在炉中的保温时间。 淬火时必须保护，以避免脱碳及氧化。 冷却介质 ●油 ●流动粒子炉或盐裕炉250－550℃分级淬火，然后冷却于高速空气中 ●高速气体/真空炉中具有足够正压的气体为求模具达到最适当的特性，在模具的变形程度可接受的条件下，冷速越快越好。于真空炉中热处理时推荐使用4－5ba r的气压。 钢材冷却至50－70℃应立即回火。 硬度、晶粒大小、残余奥氏体数量于奥氏体化温度的关系图。
回火 参照回火曲线图按所需硬度值选择回火温度。回火两次，每次回火后，必须冷却到室温，最低的回火温度为180℃（适用于小件）。保温时间至少两小时。 回火曲线图 注1：建议250℃回火求韧性，硬度及抗腐蚀性的最好组合。 注2：以上的曲线数据只适宜小型模具。模具可达的硬度要视模具的尺寸。 注3：应避免选用过高的奥氏体化温度与过低的回火温度＜250℃的组合，皮棉模具产生太大的应力。 尺寸变形 淬火及回火时的温度，不同种类的炉具及淬冷介质，会影响模具尺寸的改变。模具的尺寸与几何形状也同样重要。模具在加工时应预留加工量以弥补热处理后的尺寸变形。
在粗加工与半精加工之间建议预留0.15％作为S T A V AX ES T(S-136)的加工预留指标。 淬火过程的尺寸改变 试片100*100*25毫米经正规的热处理程序，在淬火时的尺寸改变。 淬火过程 由1020℃起 宽度％长度％厚度％ 油淬最小 最大 +0.02 -0.05 +0.02 -0.03 +0.04 - 分级淬火最小 最大 +0.02 -0.03 ±0 +0.03 -0.04 -空冷最小 最大 -0.02 +0.02 ±0 -0.03 ±0 - 真空淬火最小 最大 +0.01 -0.02 ±0 +0.01 -0.04 - 回火时的尺寸改变 注意：淬火时和回火时的尺寸改变必须加在一起。
上海大学2010 ～2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文格式 课程名称：现代模具材料及其表面处理技术课程编号：101101921论文题目: 热作模具钢中几个知识点的浅谈 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
热作模具钢中几个知识点的浅谈 尹学炜 上海大学材料科学与工程学院，上海 摘要：通过这门文献课，在自己动手翻译文献、做PPT和演讲，以及同学的演讲，课堂上的讨论，特别是老师的点评，使得作者对模具钢材料的各方面，如成分的影响机制、热处理、表面处理等有了更为深入的了解，对一些研究方法、测试手段有了一定的认识。本文中，作者主要侧重热作模具钢方面，介绍了合金元素对热作模具钢的影响，以及热作模具钢中碳化物的影响、热疲劳性能和热稳定性性能的相关研究。 关键词：H13钢；热作模具钢；热疲劳；热稳定性 The description of several knowledge points on hot die steel Yin Xuewei （School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai）Abstract：Through this literature course, by translated literature my own, prepare PPT and give lectures, and after listen to other students presentations, class discussions, especially after the teacher's comments ,I have a more in-depth understanding on the hot die steel, such as composition, heat treatment, surface treatment as well as some research methods, testing methods. In this paper, the authors focus on hot die steel, make the introduction of alloy elements on the impact of hot work die steel, and the impact of carbide, thermal fatigue properties and thermal stability properties of the related research on hot die steel. Keywords：H13 steel；hot die steel；thermal fatigue；Thermal-stability 一、引言 1.1热作模具钢 热作模具是指对加热到再结晶温度以上的金属材料进行压力加工的模具。 根据工作条件，热作模具可分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。 按所含合金元素总量，可分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢及高合金热作模具钢。 根据模具钢的性能特点，又可分为以下几类。 （1）高韧度热作模具钢。有5CrMnMo、5CrNiMo及H11钢等，适宜制作一般的锻造模具，如锤锻模。 （2）高热强性热作模具钢。有3Cr2W8V、GR、Y4、HM1钢等。适宜制作热挤压模、压铸模。 （3）强韧性兼备的热作模具钢。有H13、HM3、4Cr5W2SiV及基体钢012Al、ER8钢等，适宜制作热锻模、热挤压模、热冲压模等。 此外，按照合金元素还可以分为钨系热作模具钢、铬系热作模具钢、铬钼系
模具钢的处理 模具钢材的热处理方式与加工工序安排密切相关。在模具制造时，应当根据材料和加工工艺路线来选择热处理方法，制定相应得热处理工艺。 （1）一般冷作模具钢工作零件的热处理工序安排：筹造——退火——机械加工成型——淬火与回火—工修整。 （2）冷作模具钢采用成型磨削及电加工工艺：锻造——退火——机械粗加工——淬火或回火——精加工（磨削、电加工）。 （3）冷作模具钢复杂冲模的加工：锻造——退火——机械粗加工——高温回火或调质——机械加工成型——淬火与回火——磨削与电工加工成型。 大多数冷作模具钢使用状态为淬火与回火，模具硬度通常为60hrc，为了进一步提高模具表面硬度、耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，如渗碳、渗氮、渗硼氮碳共渗、td 法渗钒铌、化学气相村积（cvd）等作为最终热处理。 模具热处理 模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。 1 真空热处理 模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。 2 深冷处理 近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理(-196℃)，可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。 3 模具的高温淬火和降温淬火 一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080~1120℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃(2次)，模具寿命提高了数倍。 W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其淬火温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用1140~1160℃。 4 化学热处理 化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎
制作热锻模最好用什么材料 近几年来，我国在研制开发新型模具钢方面做了大量工作，并对部分国外优良热作模具钢进行了国产化研究，为市场提供了优质价廉的模具钢。下面简单介绍热作模具钢的种类和应用进展概况。 1．已纳入国家标准热作模具钢 热作模具钢系列已纳入国家标准《GB/T1299-2000合金工具钢》，按主要化学成分可分为W系，Cr-Mo系，Cr-W-Mo系等类型。 3Cr2W8V（H21）钢，具有高热强性、高热稳定性、良好的耐磨性和工艺性能，工作温度达到650℃。缺点：碳化物偏析严重，塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差。我国20世纪50年代从前苏联引进，使用寿命不长，且合金度高，成本高，目前国外已基本淘汰。我国由于受钢种和技术上的限制，目前，仍在大批生产和使用。 4Cr5MoSiV（H11）及4Cr5MoSiV1（H13）钢高淬透性和淬硬性、高韧性、高热强性和耐磨性，使用温度590钢中碳化物细小分布均匀，抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能好，冷热加工性能好。H13钢（H11钢的改进型）是目前国内热镦锻钢、冷镦模套的主要材料，也是通用性强的热作模具钢，是代替3Cr2W8V钢的理想钢材，寿命可提高2-3倍。 4Cr3Mo3SiV（H10）钢具有高韧性，高的抗高温软化性能和中等水平的抗磨性能。可代替3Cr2W8V钢制作热挤压模。4Cr5W2VSi钢其热稳定性高于H13、H21钢，韧性介于H13、H21之间。适当高速镦锻模，使用寿命比H21钢高倍。 3Cr3Mo3W2V（HM1）钢具有优良的强韧性，较高热强性、耐磨性、回火稳定性，抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好，工作温度700℃以上。该钢通用性强，适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于 4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高标准2—3倍。
模具钢的热处理 模具钢材是目前增长速度比较快的行业之一，主要原因是社会工业化的发展处于一个高峰期，各种模具钢材性能北欧不断在改进，形成了一定的市场规模。而模具钢热处理的过程是决定模具钢性能的关键环节。 1.模具钢热处理是把金属材料在固态范围内通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。由热作模具钢和冷作模具钢的性能差异可以看出不同的模具钢，需要的热处理条件是不一样的。 2.模具钢热处理有几下几种工艺： （1）退火：将金属或合金的材料加热到相变或部分相变温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。 （2）正火：将钢加热到完全相变以上的某一温度，保温一定的时间后，在空气中冷却。（3）淬火：将钢加热到相变或部分相变温度，保温一段时间后，快速冷却。 （4）回火：将经过淬火的钢，重新加热到一定温度（相变温度以下），保温一段时间，然后冷却。 （5）调质处理：将钢件淬火，随之进行高温回火。 （6）表面热处理：改变模具钢表面组织或化学成分，以其改面表面性能的热处理工艺。 表面热处理分为两大类，一类是表面淬火回火热处理，另一类是化学热处理，其硬度检验方法如下： 1.表面淬火回火热处理 表面淬火回火热处理常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计，也可采用洛氏或表面洛氏硬度计。维氏、洛氏和表面洛氏三种硬度值可以方便地进行相互换算，转换成标准、图纸或用户需要的硬度值。表面淬火时，热作模具钢性能要求要比较耐高温，淬火温度会高些，冷作模具钢通常要求有较高的硬度。 2.化学热处理
化学热处理是使工件表面渗入一种或几种化学元素的原子，从而改变工件表面的化学成分、组织和性能的一种处理方式。经淬火和低温回火后，工件表面具有较高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，而工件的芯部又具有高的强韧性。化学热处理工件的表面硬度检测与表面淬火热处理工件的硬度检测相近，都可以用维氏硬度计、表面洛氏硬度计或洛氏硬度计来检测，只是渗氮厚的厚度较薄
H13热作模具钢的化学成分 及其改进和发展的研究 潘晓华朱祖昌 (艾福表面处理技术（上海）有限公司，上海工程技术大学) 摘要: 应用钢的强韧化设计和金属学原理的相关理论,本文相当详尽地分析了H13钢的化学成分及其对钢的组织结构和性能的影响,同时阐明了近年来国内外对H13钢成分的改进和发展方面的工作,旨在促进人们能更进一步开展开发、制造和处理H13钢的研究。 关键词:H13钢,化学成分,显微组织,工具钢设计 On the Chemical Composition of H13 Hot Work Tool Steel and It’s Development PAN Xiaohua, ZHU Zuchang Astract: In this paper the authors apply relative theories of alloy steel design for strengthening and toughening and principles of physical metallurgy to the analyses in some detail of the chemical compositions of H13 hot work tool steel and the effects of the ones upon the microstructures and properties. In the next place we explain the improvement and development on the chemical
composition in recent years. The purpose is in order to better prompt an investigation into the development, manufacture as well as heat treatment of H13 steel. Keyword: h13 steel, chemical composition, microstructure, tool steel design 1．前言 热作模具钢要求材料具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。在美国,热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢,都冠以H字母,分别表示为H10~H19、H21~H26和H42、H43等。其中前两种钢的含碳量在(0.30~0.50)﹪范围,后种钢的含碳量在 (0.50~0.70)﹪范围内,三种钢的Cr、W、Mo和V合金元素的总含量在(6~25)﹪范围。 H13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种,它的主要特性是[1]：（1）具有高的淬透性和高的韧性；（2）优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；（3）具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略为降低抗热裂能力；（4）因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；（5）在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃（1000℉）硬度出现迅速下降（即能耐的工作温度为540℃）；（6）热处理的变形小；（7）中等和高的切削加工性；（8）中等抗脱碳能力。更为令人注意的是,它还可用于制作航空工业上的重要构件。
模具钢常用到哪些热处理方法？其作用是什么？ 发布时间：2012/2/13 资讯来源：A-lancy 发布企业：金属表面处理的方法热处理就是将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，获得所需性能的一种加工工艺。模具制造过程中常用到的热处理方法有：退火、正火、淬火，回火、调质、渗碳、氮化处理。 ⑴退火处理 退火是将金属或合金表面加热到适当的温度，保温到一定的时间，然后随炉缓慢冷却的热处理的工艺，其实质是将钢加热到奥氏体化后进行珠光体转变。 ①退火作用 a. 降低钢的表面硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变变形加工； b. 细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，使钢的组织成分均匀，改善钢的性能活为以后的热处理做准备； c. 消除钢的内应力，以防止变形或开裂。 ②退火方法常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火、扩散退火和等温退火等。 a. 完全退火又称中结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢的冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺，适用于含碳量为0.3% ~0.6%的中碳钢和中碳合金钢。
b. 球化退火使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。常用的球化退火有普通球化退火和等温球化退火两种，此工艺主要用于共析钢和过析钢的模具、量具和刃具钢等。 c. 去应力退火为了去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成的参与应力及锻件内存在的残余应力而进行的退火工艺。 d. 再结晶退火又称中间退火，是指经冷形变后的金属加热再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新结晶成均匀的等抽晶粒，以消除变强化和残余应力的热处理工艺。 e. 等温退火就是将钢件或毛坯加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快的冷却到珠光体温度区间的某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后再空气中冷却的热处理工艺，此种退火方法主要用于冷奥氏体Ac比较稳定的合金钢。 ⑵正火处理 正火是将钢材或钢件加热到Ac3以上表面30 ~50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火的作用： a. 可消除过共析钢中的网状碳化物，改善钢的切削加工性能； b. 细化过热铸、锻件晶粒和消除内应力； c. 对含碳量小于0.4%的中、低碳钢可用正火代替退火做预先热处理； d. 含碳量在0.4% ~0.7%的不太重要的工作可在正火状态下使用。 ⑶淬火处理
热处理资料与讨论 a.材料成分和机械加工性能（成分比例大同没有提供） DC53的主要化学成分 背景:DC53是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其技术规范载于日本工业标准（JIS）G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点，将在通用及精密模具领域全面取代SKD11 性能：用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂，大大提高了使用寿命与此同时DC53之三个优良特性(1)DC53的热处理硬度比SKD11高（可从大同提供的热处理参数表验证） 热处理性能特点：DC53是在SKD11(Crl2MoV)基础上改进的冷作模具钢，常规热处理条件下，残余奥氏体几乎全部分解，一般可省略深冷处理，在较强硬度下仍可保持较高的韧性。思考点： 硬度需要决定了热处理的工艺路线。不同的硬度、韧性需求有不同的处理方式 硬度决定了模具的耐磨性。硬度高耐磨性强，承载冲击量高，模具精度稳定性好。 外径落料模（二次外径冲孔）、时穴冲孔模具及字钉连续模的要求相较差别。 1.外径精度要求一般（公差-8~0）冲制批量一般用淬火+低温（230℃）回火处理 2.时穴精度要求高（公差±3）冲制批量一般用淬火+低温（230℃）回火处理 3.字钉精度要求高（公差±1）冲制批量大出于保险考虑用淬火+低温（230℃）回火处理（可实验淬火+530℃）回火处理）。 b.热处理实验工艺制定 DC53热处理图 在实际热处理中，保温时间为每25mm厚20-30分钟。
第一次预热温度：650℃，升温时间30分钟，保温时间初设 2 小时 第二次预热温度：850℃，升温时间20分钟，保温时间初设 2 小时 第三次升温温度：1030℃，升温时间20分钟，保温时间初设1.5小时 回火温度选择230℃、520℃每次回火时间初设1.5-2小时回火3次 做热处理实验，回火次数为3次。务必要做到。所有过程真空炉完成。完成后用洛式硬度计打表面硬度。 淬火、回火钢材金相组织的实际变化和对性能的意义 淬火是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。 经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。同理其它热处理的工艺如下： SKD11模具钢热处理规范: 过程与DC53相似。但是如果强调线切割性能的话，应当采取较高温度的回火，因此在硬度得到满足的条件下在回火温度区域里可选择尽量选择较高温度的回火。 SKD11热处理图 SKH51热处理工艺 SKH51热处理图 第一次预热温度：650℃，升温时间30分钟，保温时间初设 2 小时 第二次预热温度：850℃，升温时间20分钟，保温时间初设 2 小时 第三次升温温度：1220℃，升温时间20分钟，保温时间初设1.5-2小时 淬火后油冷。 回火温度选择200℃、560℃每次回火时间初设1.5-2小时回火3次 SKS3模具钢热处理规范: 淬火:先预热至550℃~650℃，再加热至800~850℃在油冷。 回火:加热至280℃~320℃，在此温度中停留，然后在静止空气冷却。 硬度:HRC56℃以上 SKS3热处理比SKH51容易（热处理图略） 手动洛氏硬度计
718模具钢 718模具钢，我国牌号3Cr2NiMo是在P20（3Cr2Mo）改进型钢号，品 质上有较大改进，使之填补P20模具钢材的不足，满足P20模具钢材达不到要求的场合。因此除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模具零件外，目前是应用最广泛的通用型塑料模具钢材的典型钢号。通常被称作“高级”塑料模具钢材，新研制的新钢种往往以它作为对比的典型。出厂状态：ASSAB 718 HB：290-310 交货状态：钢材以退火状态交货。经双方协议，也可以不退火状态交货。 用途 718模具钢用途与P20类型模具钢材相同，但由于淬透性更好，性能更优越，可以制作尺寸大的、高档次的塑料模具成形零件。随着塑料模具的发展，会有更多更好更新的改进型模具钢号出现，我国宝钢的我B30H即为一例。热塑性塑胶注塑模具，挤压模具。热塑性塑料吹塑模具。重载模具主要部件。冷结构制件。常用于制造电视机壳，洗衣机，冰箱内壳，水桶等。 特性 用于大型长寿命塑胶注塑模，如家电制品、电脑外壳等模具。高表面光洁度的塑胶制品模具吹塑模由于硬度高，可用于塑胶模具中的滑块成型工具；视生产需要可施加火焰硬化或氮化处理的模具零件。钢材种类：预硬塑料模具钢材钢材特长：抛光,电蚀,焊补性与切削加工性良好出厂状态：经硬化及回火至HB290-330 真空脱气精炼处理钢质纯净，适合要求抛光或蚀纹加工塑胶模。预硬状态供货，无需在热处理可直接用于模具加工，缩短工期。经锻轧制加工，组织致密，100%超声波检验，无气孔，针眼缺陷。 典型应用举例 a) 大型模具的型板，高表面要求家用电器。b) 适用大型镜面塑料模具，如汽车、家电、音像产品等。c) 可用于镜面抛光度要求的塑胶模具，适合PA、POM、PS、PE、PP、ABS塑料的注塑模、吹塑模。d) 高抛光度及高要求模具型腔。 化学成分 元素 C Si Mn Mo Cr Ni 标准 含量（%） 0.28~0.4 0 0.20~0.8 0.60~1.0 0.30~0.5 5 1.40~ 2.0 0.80~1.2 YB/T127 -1997 加硬处理 为提高模具寿命达到80万模次以上，可对预硬钢实施淬火加低温回火的加硬方式来实现。淬火时先在500-600℃预热2-4小时，然后在850-880℃保温一定时间（至少2小时），放入油中冷却至50-100℃出油空冷，淬火后硬度可达50-52HRC，为防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后，硬度可保持48HRC 以上 氮化处理 氮化处理可得到高硬度表层组织，氮化后的表层硬度达到650-700HV （57-60HRC）模具寿命可达到100万次以上，氮化层具有组织致密，光滑特点，模具的脱模性及抗湿空气及碱液腐蚀性能提高。
本文档由我的钢材网编辑分享 模具钢的热处理 模具钢材是目前增长速度比较快的行业之一,主要原因是社会工业化的发展处于一个高峰期,各种模具钢材性能北欧不断在改进,形成了一定的市场规模。而模具钢热处理的过程是决定模具钢性能的关键环节。 1.模具钢热处理是把金属材料在固态范围内通过一定的加热,保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。由热作模具钢和冷作模具钢的性能差异可以看出不同的模具钢,需要的热处理条件是不一样的。 2.模具钢热处理有几下几种工艺: (1)退火:将金属或合金的材料加热到相变或部分相变温度,保温一段时间,然后缓慢冷却。 (2)正火:将钢加热到完全相变以上的某一温度,保温一定的时间后,在空气中冷却。 (3)淬火:将钢加热到相变或部分相变温度,保温一段时间后,快速冷却。 (4)回火:将经过淬火的钢,重新加热到一定温度(相变温度以下),保温一段时间,然后冷却。 (5)调质处理:将钢件淬火,随之进行高温回火。 (6)表面热处理:改变模具钢表面组织或化学成分,以其改面表面性能的热处理工艺。 表面热处理分为两大类,一类是表面淬火回火热处理,另一类是化学热处理,其硬度检验方法如下:
1.表面淬火回火热处理 表面淬火回火热处理常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计,也可采用洛氏或表面洛氏硬度计。维氏、洛氏和表面洛氏三种硬度值可以方便地进行相互换算,转换成标准、图纸或用户需要的硬度值。表面淬火时,热作模具钢性能要求要比较耐高温,淬火温度会高些,冷作模具钢通常要求有较高的硬度。 2.化学热处理 本文档由我的钢材网编辑分享 化学热处理是使工件表面渗入一种或几种化学元素的原子,从而改变工件表面的化学成分、组织和性能的一种处理方式。经淬火和低温回火后,工件表面具有较高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,而工件的芯部又具有高的强韧性。化学热处理工件的表面硬度检测与表面淬火热处理工件的硬度检测相近,都可以用维氏硬度计、表面洛氏硬度计或洛氏硬度计来检测,只是渗氮厚的厚度较薄
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/af8311499.html, 模具钢的热处理工艺及表面技术 作者：吴陆兵 来源：《中国科技博览》2015年第34期 [摘要]伴随工业技术的发展，国内外的模具工业发展速度日益加快。本文主要对冷作模具钢及热作模具钢的使用现状进行探讨，并对常用的热处理工艺进行了简要的介绍，最后介绍了不同的热处理表面技术在工业中的应用情况。 [关键词]模具钢冷作模具钢热作模具钢热处理工艺热处理表面技术 中图分类号：TGl42 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）34-0259-02 我国模具工业发展迅速，但与工业发达国家相比仍存在较大差距，模具寿命普遍较低。热处理对模具钢的性能有着重要的影响，通过热处理可以使模具钢具有必要的强韧性，大幅度提高模具的寿命。因此为了提高我国模具工业的技术水平，充分发挥现有材料的潜力，本文主要对模具钢的热处理工艺及技术进行全面深入的研究。 1.热处理对模具的性能影响 模具性能会受到热处理技术的影响，因为通过热处理可以增加模具钢的韧性，从而模具的寿命就会大幅度提高，因此，对模具钢的热处理技术的研究是当前提高我国模具工业技术水平，发挥现有材料的潜能是一条非常有效地方法。根据性质和使用条件的不同，可分为冷作模具钢和热作模具钢。 相对来说，模具的工作条件更加恶劣复杂些，由于他们均需要与加热的坯料或者液态金属进行直接的接触，并且在整个过程中还会被反复的加热和冷却，同时还有来自冲击载荷的作用，因而热模具钢的性能要求要更为苛刻，才能满足热模具的使用。普遍存在于当前热做模具的问题就是高温磨损、冷热疲劳会经常失效屠户局部强度不够而造成坍塌。然而在我国当前现有的材料基础上，还可以通过热处理及表面处理技术来使模具的各项性能指标得到改善和提高，从而促进模具使用寿命的提高。 2.冷作模具钢 用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢称为模具钢，冷作模具钢是用于在室温下对金属进行变形加工的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模、落料模等。 2.1工作条件和性能要求 处于工作状态的冷作模具承受着强烈的冲击载荷和摩擦、很大的压力和弯曲力的作用，主要的失效破坏形式包括磨损、变形和开裂等，因此冷作模具钢要求具有较高的硬度和耐磨性，