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1、热加工模具的材料选择及热处理随着社会的发展，科学的发展，热加工用模也有了很迅速的发展。本毕业设计从理论与实践的角度对热加工模模具进行阐述，针对热加工模用料及热处理进行分析，从以下几方面进行论述：热加工类模具用钢的材料分析热加工模是工业产品生产中不可缺少的工艺方法之一。它主要用于制造业和加工业。它是和冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。热加工模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安
2、全机构等。为提高模具的质量，性能，精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。所以，模具应属于标准化程度较高的产品。一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%45%。一、热加工用模模具的功能和作用现代产品生产中，热加工模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。现代工业产品的零件，广泛采用冲击、成型锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或胚料成形加工成符合产品要求的零件，或成分精加工前的半成品件。如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔
3、、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品胚件的。高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万，甚至几千万产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。适用于多品种、少批量或产品试制的模具有：组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成型冲模，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。电子、计算机、现代通信器材
4、与设备，电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零、部件越来越趋于微型化、精密化，其零件机构设计中的槽、缝、孔尺寸要求在0.3mm以下，批量生产用模具要求很高。如高压开关中的多触点零件，宽度仅为10mm，却需冲孔、冲槽、弯曲、三层叠压等工序，模具需设计为70工位的精密级进行冲模。又如，BP机中零件尺寸及其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑件用的模具，以成为高技术模具或专利型模具。大型模具，重量在10t以上的已很常见，有些模具重量已达30t。如大型汽车覆盖件冲模，大型曲轴锻模，大尺寸电视机外壳用塑料注射模等重量都在10t以上。随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来
5、越强。已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。另外，采用模具进行成形加工，是少，无切削的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达90%或以上。二、热加工模具分类及用途热加工模具的用途广泛，模具的种类繁多，科学的进行模具分类，对有计划的发展模具工业，系统的研究、开发模具生产技术，促进模具设计，制造技术的现代化，充分发挥模具的功能和作用；对研究、制订模具技术标准，提高模具标准化水平和专业化协作生产水平，提高模具生产效率，缩短模具的制造周期，都具有十分重要的意义。总体上说热加工模具可分为三大类：金属板材料成型模具，如冲模等；金属体积成型模具，如锻（镦、挤压）模，压铸模等；非金属材
6、料制品用成型模具，如塑料注射模和压缩模，橡胶制品，陶瓷制品用成型模具等。三、热加工模具材料的作用和地位随着模具工业的迅速发展，对模具的使用寿命、加工精度等提出了更高的要求。模具材料性能的好坏和使用寿命的长短，将直接影响加工产品的质量和生产的经济效益。而模具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术是影响模具使用寿命的极其重要的因素，所以世界各国都在不断的研究和开发新型模具材料，改进模具的热处理工艺，选用适当的表面处理技术，合理的设计模具结构加强对模具的维护等措施，来稳定和提高模具的使用寿命，防止模具的早期失效。模具材料的使用性能将直接影响模具的质量和使用寿命。模具材料的工艺性能将主要影响模具加工的难
7、易程度、加工质量和生产成本。为此，应合理选择模具材料，改进热处理工艺和表面处理工艺，大力推广模具生产中的新材料、新工艺和新技术。四、热加工模具材料与模具寿命为了提高生产效率，提出毛胚精度和材料利用率，采用和发展少、无切削新工艺、新设备，对模具提出了向精密、多型腔、高寿命方向发展的要求，模具寿命的提高，最根本的办法是采用高性能的模具材料。尽管影响模具寿命的因素是多方面的，但模具材料的选用是一个很重要的因素。60年代以来，我国研制出不少适合我国特点的新型高效模具钢，如热作模具钢中的3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4CrMnSiMoV、4Cr2NiMoV、5Cr4Mo3SiMnVA1等，
8、冷作模具钢中的6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo3V2Si、7CrSiMnMoV、6CrNiMnSiMoV等新钢种的采用，均获得提高模具寿命倍数的效果。如冷作模具钢选用6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）代替T10、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2等制作多工位冷镦机用的内六角凸模、十字槽光凸模、螺栓切边模、冷镦螺栓顶模、钢板弹簧冲孔凸模、螺栓平圆头冲模、圆环冷冲模等；热作模具钢选用3Cr3Mo3W2V（HM1）代替3Cr2W8V钢等制作轴承套圈的热冲压凸模和凹模、连杆辊锻成形模、小型机锻模等都显著提高了模具寿命，因此作为模具工作者包括模具设计人员，首要任务是正确选用并合理使用模具材料，
9、以保证模具的正常使用寿命。五：常用金属的线膨胀系数及收缩率线膨胀系数表示摄氏温度升高一度时单位材料的尺寸变化。表1是一些金属的线膨胀系数。收缩率是指由热加工温度至室温这段温度区间内单位长度金属材料的尺寸变化，它与材料的线膨胀系数和热加工温度两者有关。模膛设计时，需要考虑工件的收缩率，精密加工时还需考虑模具的热胀冷缩问题。热加工时刚料的收缩率一般去1.21.5%，而对细长的杆类件，扁薄的工件，冷却快或打击次数多热加工温度低的工件收缩率取0.81.2%；带大头的长杆锻件，头部和杆部的冷缩塑料件一般取（0.30.5）%。铝合金为（0.81.0）%，镁合金为0.8%，钛合金为（0.50.7）%，铜合金
10、为（1.01.3）%。 表1金属的膨胀系数金属种类FeAlMgCuNiTi膨胀系数x10（1/）11.723.92616.513.68.5六：常用金属的变形抗力金属的变形力s也称真实应力或流动应力。对于理想塑性材料，变形抗力等于材料的屈服极限；对于塑性硬化材料，变形抗力等于考虑了变形硬化后的屈服极限。在热锻温度下，变形抗力还可以用强度极限b表示。通常金属的变形抗力与材料的化学成分、组织、变形温度，应变速率及变形程度等有关，可表达如下 s=（T，1，2，x）式中 T变形温度；1变形程度；2应变速率； x材料的物理化学性质。通常变形抗力随温度的升高而降低，应变速率增大时，变形抗力增大，温度升高，这
11、种现象越明显。变形程度对变形抗力的影响有两种情况，某些材料随变形程度增加，变形抗力不断增大；而有些材料，在某一温度下，在某一变形程度前，变形抗力随变形程度的增加而增大，但超过该变形程度后，由于动态恢复和动态再结晶进行迅速，随变形程度增大时，变形抗力逐渐减小。一般地讲，当变形温度高于再结晶温度时，由于形变硬化的现象不明显，应变速率的影响大，变形程度的影响小；而变形温度低于再结晶温度时，变形程度的影响较大，应变速率的影响较小。举例说明：热锻模具钢的合理选用1、热锻模具钢的性能要求：（1）高的冲击韧度和断裂韧度：对锤锻模具钢，冲击韧度应大于或等于30J/2，冲击韧度是锻模钢的基本性能。为阻止或延缓裂
12、纹扩展而导致模具断裂，还需要锻模钢必须具有高的断裂韧度。（2）高的高温硬度及高温强度：为防止热锻模发生早期磨损及变形，模具钢应具有较高的高温硬度和高温强度。（3）高的淬火性：热锻模尺寸较大，要求模具整个截面力学性能均匀一致，如果心部未淬透，则可能形成贝氏体或其他组织，导致模具早期断裂。（4）高的热疲劳抗力：若导热性好，热胀系数小，则热疲劳抗力高，可以延缓热疲劳裂纹的产生。（5）较高的回火稳定性：防止模具在高温服役中被继续回火，导致硬度下降而影响耐磨性。（6）良好的工艺性能及抗氧化性能。2、热锻模具用钢及合理选材：重型机械厂或钢厂生产的其它锻模钢有：5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnM
13、oV、5CrNiW、5CrNiMoV等，国外进口锻模钢有55CrNiMoV6等。机械压力机模块用钢钢号为：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV、4Cr3W2Vsi、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V，应用较好的其它钢号4Cr3Mo3W4VNb、2Cr3Mo3VNb、2Cr3Mo2NiVSi；国外进口锻模钢有YHD3等，压力机热锻的特点是成行速度慢，单件滞模时间长（约36s），因此，模腔表面温升高，瞬时温度可达约700。冷却及润滑条件较好时，温度可能偏低一些，但也会达到500左右，这也超过了5CrNiMo、5CrMnMo模块的回火温度，从而导致模具早期磨损，压塌等失效。因此
14、，需要选用耐热性较高的高强韧性模具钢制作压力机模具。表2列出了锤锻模用钢的选择，可供选材参考。 表2 锤锻模用钢的选择模具类型钢的选用小型5CrMnMo、5CrNiTi、5SiMnMoV、4SiMnMoV、6SiMnMoV中型5CrMnMo、5CrNiTi、5SiMnMoV、4SiMnMoV、6SiMnMoV大型5CrNiMo、5CrNiW、5CrNiTi、5CrMnMoSiV特大型5CrNiMo、5CrNiW、5CrNiTi、5CrMnMoSiV堆焊锤锻模5Cr2MnMo压力机锻模（大尺寸）5CrNiMo、5Cr2NiMoVSi通常中、小型压力机锻模可选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1
15、、4Cr5MoSiV及3Cr3Mo型热作模具钢、5Cr4W5Mo2V、4Cr3Mo3W4VNb钢等。目前应用较多的是：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1钢。对锤锻模尚有如下分类方法：小型：吨位小于1t，高度小于275mm；中型：吨位13t，高度275325mm；小型：吨位46t，高度325375mm；特大型：吨位大于6t，高度在375mm以上。现就我公司所采用的热锻模材料分析如下： H13：化学成份（%） （国标GB129985）e0.320.45 Si0.801.20 Mn0.200.50Cr4.755.50 Mo1.101.75 V0.801.20S、P0.033Cr2W8V：属莱氏体钢
16、，在高温下有较高的硬度，但其韧性和塑性较差，淬透性中等，截面厚度80mm可淬透；此钢相变温度较高，耐热疲劳性良好。用于作高温、高应力但不受冲击载荷的凸模、凹模，如平锻机上的凹凸模、镶块、铜合金挤压模、压铸用模具；还可作高温下工作的热剪切刀等。热加工用模的热处理第一，热作模材料及热处理热作模具主要用于高温条件下的金属成形，使加热的金属或液态金属获得所需要的形状，按用途分为热锻模、热镦模、热挤压模、压铸模和高速成形模具等。通常在反复受热和冷却的条件下工作，变形加工的时间越长，受热就越严重。模具表面温升常达300700之间，要求有较高的热强性、热疲劳性和韧性，常选用中碳（wc=0.3%0.6%）合金
17、钢来制作。一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理这类钢主要用于各种尺寸的锤锻模、平锻机锻模、大型压力机锻模等，是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的工具，锻模形腔与炽热的工件表面回产生剧烈摩擦。由于在锻造过程中，模具型腔表面与被加热到很高温度的锻胚接触，使模具表面常升温到300400C，有时局部可达500600C。锻模的截面较大而型腔形状复杂，因此要求钢具有一定的高温强度和良好的冲击韧度，高的硬度与耐磨性、耐热疲劳性好、淬透性大，并具有良好的导热性以利于散热，避免型腔表面温度过高而降低力学性能，此外还应具有良好的工艺性和抗氧化性。为了满足上述性能，高韧性热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，
18、碳的质量分数应控制在0.3%0.5%，同时加入少量的Cr、Mo、V、Ni、Mn、Si等以提高淬透性及热强性，加入少量的Mo、W有助于消除高温回火脆性。常用的高韧性热作模具钢有5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV三种，试用的有5Cr2NiMoV、45Cr2NiMoV等。二、中耐热韧性热作模具钢及热处理 许多热挤压模、热镦锻模、精锻模以及锻压机、高速锤上的模具等都是在繁重的条件下工作的。这些模具工作时需较长时间与被加工的金属相接触，受热温度往往比锤锻模具要高，特别是当加工黑色金属及难熔金属时。这类模具尽管尺寸不是很大，但承受着教高的应力，挤压比大的模具和细长的心棒承受的应力更高。所
19、以要求具有高的热稳定性，比较高的高温强度和耐热疲劳性以及高的耐磨性。中等耐磨性韧性钢，主要有5%的铬（质量分数）型热作模具钢和铬钼系热作模具钢，含有较多的铬、钼、钒等碳化物形成元素，其韧性及耐热性介于高韧性及高热强性热作模具钢之间。以含5%铬的铬系热作模具钢中的H13为例。H13钢（4Cr5MoSiV1）H13钢是国际上广泛应用的一种空冷硬化型热作模具钢，即美国钢号为ASTM13，日本钢号为JISSKD61，我国在“八五”期间将H13钢列为国家重点推广的钢种，目前国内已经有多家钢厂在生产。H13比H11钢的钒含量高其质量分数一般在1%左右，热强性和热稳定性高于H11钢，具有较高的韧性和耐冷热疲
20、劳性能。不易扩展（KIKIC。可以制作热锻模或模腔温升不超过600的压铸模。H13钢的临界点：AC1为853；AC3为912；MS为310。锻造：锻造工艺参数与H11钢相同，但考虑到其内部存放着严重的碳化物偏析，要求锻造比大于4，以破碎亚稳定的共晶碳化物。退火：等温退火加热到800，保温2h，降温至750等温24h，炉冷到500出炉空冷，硬度为192229HBS，锻后必须立即进行球化退火。淬火和回火：H13钢与H11钢的不同之处在于淬火前需经二次预热，然后加热到10201050，油淬的硬度为5355HRC；也可以采用空淬或分级淬火，经560630回火，可获得硬度4050HRC。H13钢的回火或
21、化学热处理温度同样要避开500，但不宜超过650。三、高耐热热作模具钢及热处理高耐热热作模具钢主要用于较高温度下工作的热顶锻模具、热挤压模具、铜及黑色金属的压铸模具、压力机模具等。其中压力铸造是在高的压力下，使熔融的金属挤满型腔而压铸成行，在工作过程中模具与炽热金属接触，因此要求具有较高的回火抗力及热稳定性。属于此类的钢中应用得较多较早的有3个钢号：3Cr2W8V、5Cr4W5Mo2V（RM2）、5Cr4Mo3SiMnVA1（012A1）钢。另外还有几个试用的较好的钢号：4Cr3MoW4VNb（GB）、6Cr4Mo3Ni2WVC（CG2）、4Cr3Mo2NiVNbB（HD）、奥氏体耐热钢等。这
22、类钢的钨、钼含量较高，比前两类热作模具钢在高温下有更高的强度、硬度和耐磨性，组织稳定性好，但其韧性和抗热疲劳性能不及低耐热韧性热作模具钢。1、热锻模具钢的锻造（1）工艺要点：关键是始锻、终锻温度、锻造比及具体操作（2）锻造温度范围：钢的始锻温度与终锻温度之间的间隙称为锻造温度范围，锻造温度范围越宽，钢的锻造性能越好。始锻温度高，有利于变形及焊合钢锭内部的孔隙缺陷，化学成分均匀性也会很好；但是温度高会使晶粒变粗，影响钢的力学性能。终锻温度高不易锻裂。因为过低的终锻温度可能使锻件心部形成十字裂纹，但终锻温度过高，会使晶粒继续长大而形成粗晶。（3）锻造比：钢锭中不可避免的存在疏松、偏析、树枝状结晶、
23、非金属夹杂物组织与成分的不均匀性等缺陷，这些缺陷随着锭模尺寸的增加热越趋严重。为消除疏松，树状结晶和打碎共晶碳化物，必须保证一定的锻造比。锻造比的计算公式是Y总=Y1+Y2+Y3+式中Y1、Y2、Y3分别是镦粗比或拔长比 Y=H/h或Y=L/l其中H：镦粗前毛胚高度； L：拔长后毛胚长度；h：镦粗后毛胚高度；l：拔长前毛胚长度。较小的钢锭冷却条件好，钢锭内部组织较致密，铸造缺陷不太严重。因此，在保证锻造比的条件下应尽量采用小尺寸钢锭。在热作模具钢中，为改善等向性能，一般规定锻造比大于4。（4）操作：锻造下料方法一般有两种，即热切和冷切下料。热切是先行拔长再热切出胚料，逐个镦粗和精锻，但是应注意
24、拔长后的截面尺寸及高度与成品尺寸有一定关系，否则会镦弯。冷切下料是先用锯床切断，再逐一锻制成成品。为提高锻模质量和模块内部的致密性，采用扁长镦拔，大压下量的锻造工艺可获得良好结果。具体操作中关键是控制好升温速度，锻造温度及变形量。升温要求不能过快，各部分加热要均匀，防止过热及过烧；停锻温度不能太低，以防心部裂纹；锻打时应轻重轻，即先轻后重再轻打，一次变形量不能太大；锻后要求缓冷，尤其是高合金、淬透性较好的模具钢更应注意缓冷。四、特殊用途的热作模具钢及热处理随着工业技术的日益发展，出现了各种新的热加工方法，对模具工作温度的要求更高，工作条件也更加苛刻。为此，各种高速钢、奥氏体耐热钢、高温合金、难
25、熔合金等，都被用于制造模具。第二，热锻模具钢的热处理热锻模具的淬火、回火是决定使用寿命的关键。由于热处理不当，而导致模具过早失效占有相当大的比重。模具钢淬火及回火都有一定温度范围，具体工艺的制定应根据模具主要失效形式选定。如模具在使用中是以磨损失效为主要形式，则应提高钢的红硬性及抗回火软化能力。若模具在使用中以脆断为主，则应通过热处理来提高模具的强韧性。1、淬火工艺（1） 淬火前的准备工作：锻模尺寸较大，大多采用箱式电阻炉加热，为防止加热过程中产生氧化和脱碳，需对模具型腔表面及燕尾加以保护。保护方法是将模具放入铁盘，先在铁盘底部放入厚度为3040mm的保护剂（旧渗碳剂或木炭末以及一些焙烧过的铸
26、铁屑），将锻模模面朝下放于盘上，四周也用保护剂填满，上面用耐火泥或黄泥密封。燕尾面上也铺放保护剂，并用耐火泥密封。为避免燕尾槽在淬火时开裂，可在圆角处缠上石棉绳，以减小该处淬火时的冷却速度。装炉量根据设备及锻模大小而定。在两块锻模及锻模与炉壁之间应留有150250mm的距离，装炉温度不能太高，尤其对大型锻模或形状复杂的锻模，要先于650左右，预热后再加热到淬火温度，以防止形成裂纹。（2）淬火温度及保温时间：表4为几种主要锤锻模用钢的淬火工艺，在给定的温度下淬火可确保钢中奥氏体晶粒不易长大，并保证钢具有较高的冲击韧度。表4 锤锻模用钢淬火工艺及硬度钢号淬火温度/淬火介质硬度HRC5CrNiMo8
27、30860油58605CrNiW840860油55595CrNiTi830850油53585CrMnMoSiV8708905SiMnMoV840870油584SiMnMoV890920油59606SiMnMoV820860油565CrMnMo820850油52585Cr2NiMoVSi940970油6061今年的研究试验提出，随着淬火温度的提高，钢的组织以板条状马氏体为主，而板条状马氏体比针状马氏体有更高的韧性。同时，随着淬火温度的提高，钢中的碳化物更有充分溶解，使钢的一系列性能发生变化。例如，随着淬火温度的提高，钢的断裂韧度有所提高，钢的抗回火能力和热稳定性也得到提高；淬火温度提高后，还能推
28、迟热疲劳裂纹的产生；而淬火温度提高后又能使奥氏体晶粒长大，降低钢的冲击韧度；但通过回火温度的调整能使钢的冲击韧度可达到模具的要求。因此，据有关试验：将5CrNiMo钢淬火温度提高到9501000，尤其对于以磨损、堆塌或热疲劳而失效的模具，提高淬火温度是有益的；对于5CrMnMo钢可将淬火温度提高到890并于500回火，可获得细板条马氏体为主的混合马氏体组织，其强度、塑性、韧性，特别是断裂韧度均保持较高水平。淬火前对模具采用延迟冷却等工艺措施，可避免淬火变形及开裂倾向。保温时间的计算，是以温度到温度（仪表开始断电控制）或观察模具的加热颜色与炉内颜色一致时开始计算。如果模具装箱，则应将装箱厚度作为
29、模具厚度的一部分加以计算，且应选加热系数上限。箱式电阻炉加热系数为23min/mm，盐浴炉加热系数为1min/mm。（3）淬火冷却：锤锻模的冷却工艺及操作水平是影响模具质量的关键，冷却并不当可能导致模具淬火变形及开裂。锻模入油前要进行预延迟冷却，延迟冷却时间大模块约58min，小模块35min。冷却介质是锭子油，油温5080，为保持油温及冷却均匀，可安装循环冷却装置及压缩空气对油搅拌。锻模入油冷却时注意入油方向及适当摆动，防止形成气泡阻止局部冷却，导致模具行腔呈不完全淬火。锻模冷到150200即应出油并立即装炉回火，如果冷却到过低温度或回火前停留时过长，则可能产生很大的热应力和组织应力，导致锻
30、模开裂。出油温度也不能太高，如果出油温度过高，则模具心部未达到马氏体转变温度，而发生上贝氏体或其他类型非马氏体组织转变，会导致模具的早期堆塌变形或开裂而影响模具寿命。模具冷到150200的判断一般凭经验确定。当模具提出油面只冒青烟而不着火，如将水滴（或唾液）滴到模面有缓慢的爆裂声，此时模具温度即约150200。2、回火工艺回火的目的是为使钢获得稳定的组织，并调整模具钢的硬度使其达到要求，此外，也为了降低模块内部淬火产生的内应力。硬度的理想标准是以模具不发生脆断时的最高硬度值。这种硬度则使模具的耐磨性及塑性变形抗力最高。既能避免模具早期磨损及变形失效，有具有较高的冲击韧度与断裂，能防止模具早期脆
31、断。（1）回火温度：对每一种钢，经不同温度回火都对应一确定的硬度值，如果对模具的硬度要求一确定，然后再考虑到冲击韧度、断裂韧度等性能，则可以选定回火温度。表5为几种锻模钢经不同温度回火后的硬度值。表5 锤锻模用钢回火温度与硬度关系钢号回火温度/回火硬度HRC钢号回火温度/回火硬度HRC5CrMnMo4905105205405605804744423837344SiMnMoV5605905906206306604742423737325CrMnMoSiV52058058063061065062066049444441423840375CrNiTi4754854855106006204541433
32、937335CrNiW52054053055059061067069045414349373330256SiMnMoV490510600620464039355SiMnMoV490510600620464039355Cr2NiMoV50055060065050.549.548.743.0还应注意，热锻模有回火脆性，回火时，无论是预热还是保温都应避开此温度范围。如5CrNiMo钢，在300350之间回火时，其冲击韧度下降，此时断口为沿晶断裂，即出现了第一类回火脆性。因此，5CrNiMo钢合适的回火温度应高于450。（2）保温时间：回火时间长短应保证模具心部组织充分转变，否则容易产生开裂。表6为不
33、同尺寸模块在电炉中的回火规程。表6 锻模在电炉中的回火规程模具规格L/mmB/mmH/mm250300预热时间/h升温时间/h保温时间/h冷却2502502503356空冷3003003003367350350350447840040040044910450450450551112500500500551213（3）高温回火：锤锻模因磨损造成尺寸超差，可进行翻新。为了便于加工，需翻新的锻模应进行软化处理，即降低硬度。为此，可进行高温回火。表7为几种热锻模具钢高温回火的温度。 表7锤锻模用钢的高温回火温度（4）燕尾回5CrNiMo6506905CrMnMoSiV5CrNiW6506905CrMn
34、MoV7205CrNiTi6506904SiMnMoV7205CrMnMo6506806SiMnMoV720火燕尾是锻模固定在锤头的部位，直接与锤头接触，其硬度不应高于锤头燕尾根部存在较大的应力集中，因而，燕尾硬度应低于模具行腔硬度，对燕尾要进行专门的回火。燕尾回火方法有以下几种：（1）在专用的燕尾回火炉中进行回火：该种方法是工厂中比较常用的燕尾回火方法，它是将燕尾向下置于电炉、煤炉或盐浴炉的炉槽内加热回火。具体回火温度根据钢种及模具燕尾的硬度要求而定。（2）燕尾自回火法：这是较广泛采用的一种方法，即将整个锻模在油中冷却到一定温度后，将燕尾提出油面停留一段时间，此时模具心部温度仍较高；燕尾已淬
35、火的部分被心部热量加热而回火。实际操作时要反复多次入油，以防燕尾温度升高到足以引起淬火油的燃烧，因此，需注意安全。此外，此法只适用于燕尾的淬火方法，对模具侧立或燕尾朝下的入油方法，无法实现燕尾自回火。降低燕尾冷却速度的措施或对燕尾采取预延迟冷却淬火法，以降低燕尾硬度。（5）回火次数：实际生产中常采用一次回火后常发生开裂，开裂的主要原因是淬火时模具心部因温度过高而留有一部分残余奥氏体，第一次回火冷却后这部分残余奥氏体转变为马氏体，因而模具有较大的内应力，导致模具开裂。如果在进行第二次回火，则可以转变为回火马氏体，消除了这种应力。第二次回火应在第一次回火冷到室温，使残余奥氏体充分转变后才能进行，第
36、二次回火温度应低于第一次回火温度4退火工艺（1）普通：模块退火可采用完全退火或等温退火，不同尺寸的模块退火时的保温时间、保温温度、升温温度、冷却速度都是不相同。（2）白点退火：白点是一种缺陷，是在钢材纵向断口上出现的银白色斑点，而在横向断面上经侵蚀后出现发裂。锤锻模用钢大多含有Ni、Cr等元素，这些钢在锻后容易形成白点。为此，模块锻后除进行普通退火外，还需进行防白点退火，图2为5CrMnSiMoV钢的防白点退火工艺曲线。（3）降低燕尾硬度措施：淬火时，采用2、热锻模具钢的退火提高热锻模具使用寿命的工艺：1、 影响模具钢寿命的因素：影响热锻模寿命的因素很多，其中影响最大的是模具钢的选用及热处理工
37、艺制度。其它因素有：钢材质量，表面强化处理，模具受热及冷却条件，润滑条件，模具结构及机床精度，锻打速度等。提高模具寿命应采取综合措施，既要找出影响模具寿命的关键因素，采取措施，又要兼顾其它因素，满足正常使用条件。2、 合理选用模具钢，5CrMnMo钢只适用于3t锤以下浅型槽的中小型锻模，而深型槽锻模应采用5CrNiMo钢。如我国某厂制作突缘节锻模型槽深4050mm，5CrNiMo钢锻模寿命3500件，5CrNiMo突缘叉模具寿命25003000件，而5CrMnMo钢突缘节锻模平均寿命仅515件，5CrNiMo钢比5CrMnMo钢模具寿命高6倍。又如某厂对4CrMnSiMoV钢与5CrNiMo钢
38、模具寿命进行比较，连杆模平均寿命提高68.6%，前梁模提高41%，齿轮模提高78.7%，突缘节模寿命提高8.5%，说明4CrMnSiMoV钢模具寿命高；再如选用5Cr2NiMoVSi钢制造汽车前轴锻模，模具尺寸为1825mm395mm300mm，硬度要求37241HRC，钢件材料45钢，锻造温度12301260度。因热稳定性及强度较低，5CrNiMo钢制造的模段平均寿命55006000件。德国进口的55CrNiMoV6钢锻模平均寿命7000件；改用5Cr2NiMoVSi钢后，前轴模使用寿命达9000件，较5CrNiMo钢及55CrNiMoV6钢锻模寿命分别提高50%和30%。善热处理工钢号高温
39、回火温度/钢号高温回火温度/艺提高淬火温度：5CrNiMo钢齿轮锻模，原热处理工艺及改进后的高温淬火工艺如图7所示。淬火温度由860提高到900，使模具强韧性得以提高。因而模具寿命显著提高见表8。齿轮锻模两种热处理工艺曲线预冷温860 800度度油冷 5004042HRC/ 煤油20滴/min 10 6 空冷 甲醇100滴/min150(a)原处理工艺时间/ h预冷 温900800度 5004344HRC 度油冷 300/ 煤油20滴/min 10 2 6 空冷甲醇100滴/min 时间/ h（b）改进后处理工艺 表8 两种热处理工艺处理的模具使用寿命对比模具类型原热处理工艺/件新工艺/件模具
40、寿命提高倍数1t8009000102t250080003.6对5CrMnMo钢经910淬火，500回火12h，可获得以板条状马氏体为主的组织，其强度、韧性、塑性均得到了改善和提高，特别是断裂韧度显著提高。制作的汽车变速箱齿轮锻模寿命提高2倍以上，克服了模具早期断裂现象。（2）等温淬火工艺：研究及生产实践都表明，锻模采用等温淬火工艺，在适当等温温度啊，获得下贝氏体组织，其冲击韧度及断裂韧度都有提高，下贝氏体具有较高的强韧性，模具寿命明显提高，如5CrNiMo钢法兰盘模具，普通淬火模具寿命8500件，等温淬火13000件，5CrMnMo圆环模具，普通淬火15000件，等温淬火27500件。等温淬火
41、不仅提高了模具寿命，而且缩短了生产周期。锤锻模等温温度300，等温淬火后回火温度5CrNiMo钢为490510，5CrMnMo钢为510530。（3）化学热处理工艺1）、渗硼淬火工艺：5CrMnMo钢制刮板运输机连接环锤锻模。常规热处理后模具寿命4001200件，采用固体渗硼淬火工艺，提高了模具型腔的耐磨性，表面硬度达16001800HV，模具寿命达25004000件，型腔不再粘锻件，脱模容易，但基体有脆断现象。采取油冷后，由于高于Ms点的某一温度等温，获得下贝氏体及马氏体的混合组织，提高了基体强韧性，避免了开裂想象，模具寿命进一步提高到35004500件。2）、5CrMnMo钢锤锻模三元共渗
42、工艺、三元共渗及热处理工艺曲线如图9所示，设备为RQ3359型井式渗碳炉。锻模入炉前用汽油洗涤干净，模腔无油污及锈迹，经三元共渗并于400420回火后，硬度为4748HRC。普通热处理工艺，模具寿命30004000件，因型腔塌陷而失效。经三元共渗的锤锻模比常规处理的模具寿命提高1倍以上。 锤锻模三元共渗及热处理工艺曲线 温900 850 度5 200(消除疲劳回火) /550600渗剂 2 250 420 420 2.53102130滴/min甲苯6空冷 6 空冷甲苯4050滴/min回火 甲苯5060滴/mia 3540滴/min NH4（OH）90100滴/min第六、最后论述为了实现工业现代化，今后模具发展趋势大致如下：该设计主要从材料的角度对热锻钢进行论述，分析了各类模具用钢基本特性及热处理方案。发展高效模具、发展简易模具、发展多功能模具、发展高寿命模具、发展高精度模具。为了适应模具发展，我们应当不断学习，不断创新。第七、参考文献模具技术问答/彭建生，秦晓刚编著2版北京：机械工业出版社，2003.4实用模具设计与制造手册/许发樾主编北京：机械工业出版社，2000.10模具材料/高为国主编北京：机械工业出版社，2004.2模具材料与使用寿命/模具实用技术丛书编委会编北京：机械工业出版社，2000.4