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1、LOGO“十二五十二五”职业教育国家规划教材职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定经全国职业教育教材审定委员会审定大连理工大学出版社大连理工大学出版社(第四版)模具材料与热处理新世纪高职高专教材编审委员会组编主编吴元徽赵利群主审雷勇涛课题五课题五 热作模具材料热作模具材料任务一任务一 制定热锻模具热处理工艺制定热锻模具热处理工艺任务二任务二 制定热挤压模具热处理工艺制定热挤压模具热处理工艺任务三任务三 制定压铸模具热处理工艺制定压铸模具热处理工艺任务任务5CrMnMo5CrMnMo钢制锤锻模，外形尺寸为钢制锤锻模，外形尺寸为350mm350mm350mm350mm250 mm25
2、0 mm，要求能够锻造要求能够锻造40Cr40Cr毛坯毛坯80008000件以上，试制定热处理工艺。件以上，试制定热处理工艺。任务一制定热锻模具热处理工艺任务分析任务分析锤锻模工作环境比较恶劣，服役中要受到高温、高压、高锤锻模工作环境比较恶劣，服役中要受到高温、高压、高冲击载荷的作用。模具型腔时刻与冲击载荷的作用。模具型腔时刻与10001000左右的锻坯产生强烈左右的锻坯产生强烈的摩擦，使模具本身温度高达的摩擦，使模具本身温度高达400400600600；锻件取出后还要用；锻件取出后还要用水、油或压缩空气进行冷却，如此反复加热冷却，使模具表面水、油或压缩空气进行冷却，如此反复加热冷却，使模具表
3、面产生较大的应力。锤锻模的主要失效形式是在交变热应力的作产生较大的应力。锤锻模的主要失效形式是在交变热应力的作用下，模具表面产生网状或放射性的热疲劳裂纹，以及模腔产用下，模具表面产生网状或放射性的热疲劳裂纹，以及模腔产生严重偏载或磨损、工艺性裂纹，导致模具开裂。因此，锤锻生严重偏载或磨损、工艺性裂纹，导致模具开裂。因此，锤锻模应具有较高的高温强度和韧性、良好的耐磨性和耐疲劳性。模应具有较高的高温强度和韧性、良好的耐磨性和耐疲劳性。任务一制定热锻模具热处理工艺锻锻造造任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺任务分析任务分析锤锻模热处理工艺操作技术如下：
4、锤锻模热处理工艺操作技术如下：（1）硬度要求）硬度要求12t锤锻模：锤锻模：4347HRC;35t锤锻模：锤锻模：3743HRC;10t锤锻模：锤锻模：3740HRC。（2）淬火前的准备）淬火前的准备装炉加热前，首先检查模具的型腔中，有无加工留下的装炉加热前，首先检查模具的型腔中，有无加工留下的刀痕，尤其是型腔的尖角部位。刀痕在热处理及使用中会发刀痕，尤其是型腔的尖角部位。刀痕在热处理及使用中会发生很大的应力集中，易诱发裂纹源，一旦发现应设法清除。生很大的应力集中，易诱发裂纹源，一旦发现应设法清除。为防止热处理加热时产生氧化脱碳，可采取真空淬火或为防止热处理加热时产生氧化脱碳，可采取真空淬火或
5、保护气氛加热，在空气炉中加热，应装箱填料保护。模具型保护气氛加热，在空气炉中加热，应装箱填料保护。模具型腔中的尖角及厚薄变化悬殊处，应填上石棉，以减少加热和腔中的尖角及厚薄变化悬殊处，应填上石棉，以减少加热和冷却时的温差。冷却时的温差。任务一制定热锻模具热处理工艺任务分析任务分析（3）淬火）淬火锤锻模尺寸较大，在淬火加热时，应注意加热速度不宜太锤锻模尺寸较大，在淬火加热时，应注意加热速度不宜太快，以防产生较大的内应力，导致模具开裂。因此，模具加热快，以防产生较大的内应力，导致模具开裂。因此，模具加热时，至少需经一次以上的预热。时，至少需经一次以上的预热。加热温度的确定：随着技术进步和模具工业的
6、发展，加加热温度的确定：随着技术进步和模具工业的发展，加热温度有升高趋势，由传统的热温度有升高趋势，由传统的850提高到提高到880900。加热时间的确定：模具在箱式炉中加热时，应将装箱的加热时间的确定：模具在箱式炉中加热时，应将装箱的厚度计算在内，作为工件计算厚度的一部分。在实际生产中，厚度计算在内，作为工件计算厚度的一部分。在实际生产中，常以仪表到温开始计算保温时间，模具装箱应选加热系数的上常以仪表到温开始计算保温时间，模具装箱应选加热系数的上限；不装箱可取下限。箱式炉加热系数一般取限；不装箱可取下限。箱式炉加热系数一般取23 min/mm,盐盐浴炉取浴炉取0.81.0min/mm。总的原
7、则，加热时间尽量长些，以使。总的原则，加热时间尽量长些，以使钢充分奥氏体化。这对提高钢的耐回火性及抗疲劳能力有益。钢充分奥氏体化。这对提高钢的耐回火性及抗疲劳能力有益。任务一制定热锻模具热处理工艺任务分析任务分析淬火冷却：淬火冷却：5CrMnMo钢锤锻模淬火冷却剂主要有油钢锤锻模淬火冷却剂主要有油和盐浴。淬入硝盐等盐浴并不难，难的是在油中的冷却时间，和盐浴。淬入硝盐等盐浴并不难，难的是在油中的冷却时间，出油过早或迟均易产生热处理裂纹。油冷却时间过长，模具出油过早或迟均易产生热处理裂纹。油冷却时间过长，模具吊出油槽几乎不冒白烟；在油中冷却不足，出油后马上起火，吊出油槽几乎不冒白烟；在油中冷却不足
8、，出油后马上起火，致使淬火后硬度偏低。生产中常以厚度多少来估算在油中的致使淬火后硬度偏低。生产中常以厚度多少来估算在油中的冷却时间，计算方法很多，不能一概而论，要视模具生产的冷却时间，计算方法很多，不能一概而论，要视模具生产的全过程综合考虑。全过程综合考虑。（4）回火）回火模具回火一方面是为了降低淬火的内应力，另一方面通模具回火一方面是为了降低淬火的内应力，另一方面通过回火达到理想的金相组织和要求硬度。锤锻模回火规范见过回火达到理想的金相组织和要求硬度。锤锻模回火规范见表表5-1 任务一制定热锻模具热处理工艺任务分析任务分析锻模重锻模重量量/t型腔硬度型腔硬度HRC回火温回火温度度/保温时保温
9、时间间/h回火后冷回火后冷却方式却方式去应力回去应力回火工艺火工艺1243474704801.52空冷空冷1502004h35394349051022.5油冷油冷2002204h10374054056034油冷油冷2002204h表表5-1 锤锻模回火规范锤锻模回火规范任务一制定热锻模具热处理工艺（4）回火）回火模具回火一方面是为了降低淬火的内应力，另一方面通模具回火一方面是为了降低淬火的内应力，另一方面通过回火达到理想的金相组织和要求硬度。锤锻模回火规范见过回火达到理想的金相组织和要求硬度。锤锻模回火规范见表表5-1 解决方案解决方案5CrMnMo钢制锤锻模，外形尺寸为钢制锤锻模，外形尺寸为
10、350mm350mm 250mm具体热处理工艺为，具体热处理工艺为，910加热淬火，在油中冷却加热淬火，在油中冷却50min，5002h2次回火，硬度为次回火，硬度为4042HRC。采用这。采用这种热处理工艺，锻造种热处理工艺，锻造40Cr毛坯毛坯8000多件后，模具完好无损，多件后，模具完好无损，比常规热处理寿命提高比常规热处理寿命提高2倍以上。倍以上。任务一制定热锻模具热处理工艺一、热作模具的工作条件一、热作模具的工作条件 热作模具的工作条件主要有以下三方面：热作模具的工作条件主要有以下三方面：1、型腔表层金属受热。尽管热锻模具不同，型腔表层金属、型腔表层金属受热。尽管热锻模具不同，型腔表
11、层金属受热温度也不相同，但是最低也有几百摄氏度；热挤压模具与受热温度也不相同，但是最低也有几百摄氏度；热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。压铸模具型腔表层温度更高。2、型腔表层金属产生热疲劳。热作模具的工作特点是具有、型腔表层金属产生热疲劳。热作模具的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成型后都要用冷却介质冷却型腔的表间歇性。每次使热态金属成型后都要用冷却介质冷却型腔的表面。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷却，从而使型面。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷却，从而使型腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。其结果是
12、引起型腔表面出现裂纹，称为热疲劳现象。其结果是引起型腔表面出现裂纹，称为热疲劳现象。3、载荷作用。锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力；热挤、载荷作用。锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力；热挤压模具和压铸模具是在高压下服役的。压模具和压铸模具是在高压下服役的。任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺一、热作模具的工作条件一、热作模具的工作条件 任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺二、热作模具的性能二、热作模具的性能 1.对热作模具的使用性能要求有哪些？对热作模具的使用性能要求有哪些？(1)较高的高温硬度较高的
13、高温硬度 (2)优良的耐热疲劳性能优良的耐热疲劳性能(3)较高的高温强度和韧性较高的高温强度和韧性 (4)良好的耐磨性良好的耐磨性任务一制定热锻模具热处理工艺二、热作模具的性能二、热作模具的性能2.对热作模具的工艺性能要求有哪些？对热作模具的工艺性能要求有哪些？（1）优良的加工性能）优良的加工性能 切削加工性能切削加工性能、锻压加工性能锻压加工性能（2）较高的淬透性和淬硬性）较高的淬透性和淬硬性 未淬透部分的屈服点和韧性会显著降低，影响模具寿命。未淬透部分的屈服点和韧性会显著降低，影响模具寿命。（3）较小热处理变形倾向）较小热处理变形倾向 为保证模具质量，要求热处理变形小为保证模具质量，要求热
14、处理变形小，组织稳定。组织稳定。（4）较低的脱碳敏感性）较低的脱碳敏感性 表面发生氧化、脱碳，会使硬度、耐磨性和使用寿命降低。表面发生氧化、脱碳，会使硬度、耐磨性和使用寿命降低。任务一制定热锻模具热处理工艺三、热作模具钢的成分特点及分类三、热作模具钢的成分特点及分类1、热作模具钢成分特点、热作模具钢成分特点热作模具钢的成分与合金调质钢相似，一般碳的质热作模具钢的成分与合金调质钢相似，一般碳的质量分数小于量分数小于0.5%（个别钢种碳的质量分数可达（个别钢种碳的质量分数可达0.60.7%），并含有），并含有Cr、Mn、Ni、Si等合金元素。碳量低等合金元素。碳量低可保证其具有足够的韧性。合金元素
15、的作用是强化铁素可保证其具有足够的韧性。合金元素的作用是强化铁素体和增加淬透性。为了防止回火脆性，还加人体和增加淬透性。为了防止回火脆性，还加人Mo、W等等元素；为了提高高温强度和热疲劳抗力，需增加相当数元素；为了提高高温强度和热疲劳抗力，需增加相当数量的量的Cr、W及及Si。另外，。另外，W、Mo、V等在回火时以碳化等在回火时以碳化物形式析出而产生二次硬化，使热作模具钢在较高温度物形式析出而产生二次硬化，使热作模具钢在较高温度下仍保持相当高的硬度，这是热作模具钢正常工作的重下仍保持相当高的硬度，这是热作模具钢正常工作的重要条件之一。要条件之一。任务一制定热锻模具热处理工艺三、热作模具钢的成分
16、特点及分类三、热作模具钢的成分特点及分类2、热作模具钢的分类、热作模具钢的分类任务一制定热锻模具热处理工艺三、热作模具钢的成分特点及分类三、热作模具钢的成分特点及分类2、热作模具钢的分类、热作模具钢的分类任务一制定热锻模具热处理工艺四、选用热作模具钢四、选用热作模具钢1.1.锤锻模：受冲击负荷，韧性要求较高。锤锻模：受冲击负荷，韧性要求较高。中、小型锤锻模首选：中、小型锤锻模首选：5CrMnMo大型锤锻模首选：大型锤锻模首选：5CrNiMo 特大型特大型锤锻模：锤锻模：5Cr2NiMoVSi2.2.压力机锻模：压力机锻模：冲击负荷较小，负荷较大，要求热冲击负荷较小，负荷较大，要求热强性较高。强
17、性较高。压力机锻模首选：压力机锻模首选：4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1 任务一制定热锻模具热处理工艺模具类型模具类型工作条件工作条件推荐钢号推荐钢号锤锻模锤锻模中、小型模块中、小型模块5CrMnMo，5CrNiMo，4CrMnSiMoV；大型、特大型模大型、特大型模块块5CrNiMo，4CrMnSiMoV，5Cr2NiMoVSi；镶块镶块4Cr5MoSiV1压力机锻压力机锻模模整体模块整体模块5CrNiMo，5CrMnMo，4CrMnSiMoV，4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV，3Cr2W8V，5Cr4W5Mo2V，3Cr3Mo3W2V；镶块镶块4Cr5MoSiV1，4Cr5
18、MoSiV常用的热锻模具钢常用的热锻模具钢任务一制定热锻模具热处理工艺四、选用热作模具钢四、选用热作模具钢五、热作模具的制造工艺五、热作模具的制造工艺1 1、热作模具制造的工艺流程、热作模具制造的工艺流程 热作模具的制造，就是通过各种专业工艺，按照一热作模具的制造，就是通过各种专业工艺，按照一定顺序，进行加工、装配来完成的。热作模具的制造工定顺序，进行加工、装配来完成的。热作模具的制造工艺路线大致为毛坯制备、成形加工、热处理、钳工整修、艺路线大致为毛坯制备、成形加工、热处理、钳工整修、模具装配、试模与验收等阶段。模具装配、试模与验收等阶段。一般热作模具主要零件的制造工艺路线：一般热作模具主要零
19、件的制造工艺路线：毛坯锻造毛坯锻造退火退火机械粗加工机械粗加工精加工成形精加工成形淬火、淬火、高温回火高温回火钳工整修、抛光钳工整修、抛光模具装配模具装配试模试模。任务一制定热锻模具热处理工艺五、热作模具的制造工艺五、热作模具的制造工艺2、制造工艺（1）毛坯制备（2）成型加工（3）热处理（4）钳工整修（5）模具装配（6）试模与验收任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例实例实例1：5CrMnMo钢制连接环热锻模复合等温淬火钢制连接环热锻模复合等温淬火煤矿用井下运输机连接环的热锻模，其外形尺寸为煤矿用井下运输机连接环的热锻模，其外形尺寸为230mmx175mm
20、x91mm，硬度要求为，硬度要求为4244HRC，在，在2t蒸蒸汽锤上使用。锻件材料为汽锤上使用。锻件材料为20CrMnMo，加热到，加热到11001200的坯料在锻模型腔内直接锻压成形，每件工的坯料在锻模型腔内直接锻压成形，每件工件两火锻打完毕。件两火锻打完毕。采用原采用原850淬油、淬油、480回火工艺，硬度虽达到要回火工艺，硬度虽达到要求，但模具的寿命只求，但模具的寿命只10002000次；采用复合等温淬火新次；采用复合等温淬火新工艺，模具寿命提高到工艺，模具寿命提高到50007000次，次，5CrMnMo锻模复锻模复合等温淬火如图合等温淬火如图5-3所示。所示。任务一制定热锻模具热处理
21、工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例图图5-3 5CrMnMo钢锻模复合等温淬火钢锻模复合等温淬火任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例与原工艺相比，有如下特点：与原工艺相比，有如下特点：（1）利用锻造余热淬火和高温回火代替原锻后普通退火。）利用锻造余热淬火和高温回火代替原锻后普通退火。（2）提高淬火温度到提高淬火温度到900后，淬火组织主要是板条状马后，淬火组织主要是板条状马氏体，具有较好的力学性能。氏体，具有较好的力学性能。（3）采用复合冷却方法，在油中冷到）采用复合冷却方法，在油中冷到200后，可得到部后，可得到部分马氏体，在分马氏体
22、，在260等温可得到下贝氏体组织，最终得到具有良等温可得到下贝氏体组织，最终得到具有良好强韧性的马氏体与下贝氏体的复合组织，如图好强韧性的马氏体与下贝氏体的复合组织，如图5-4所示。经上所示。经上述处理后，硬度为述处理后，硬度为4750 HRC，但力学性能均比原工艺提高，但力学性能均比原工艺提高20以上，所以模具寿命得到大大提高。以上，所以模具寿命得到大大提高。任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例图图5-4 5CrMnMo热处理后金相组织热处理后金相组织任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例实例实例2 5CrMnMo
23、钢制热锻模等温淬火钢制热锻模等温淬火5CrMnMo钢制热锻模按钢制热锻模按850加热淬油，加热淬油，480回火，模具回火，模具寿命只有寿命只有10002000件。采用新工艺为：锻后趁余热形变淬火，件。采用新工艺为：锻后趁余热形变淬火，高温回火，机械加工成形。在最终热处理时，将淬火温度提高到高温回火，机械加工成形。在最终热处理时，将淬火温度提高到890900，在油中冷却到，在油中冷却到180左右时，立即进人左右时，立即进人260280硝硝盐中等温盐中等温2h；回火规范为；回火规范为4604802h2次。为减少应力和脆次。为减少应力和脆性，最后补充性，最后补充2202403 h回火。工艺曲线如图回
24、火。工艺曲线如图5-5所示。所示。经上述工艺处理后，硬度为经上述工艺处理后，硬度为4245HRC，模具寿命提高，模具寿命提高3倍倍左右。左右。任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例图图5-5 5CrMnMo钢热锻模等温淬火工艺钢热锻模等温淬火工艺任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例实例实例3 3Cr2W8V（H21）钢制尖嘴钳热锻模等温淬火）钢制尖嘴钳热锻模等温淬火外形尺寸为外形尺寸为75mmx75mmx105mm的尖嘴钳热锻模，在的尖嘴钳热锻模，在3000kN摩擦压力机上使用，锻件材料为摩擦压力机上使用，锻件材料为
25、45或或40Cr钢，锻打钢，锻打频率为频率为67件件min。常规工艺处理的模具平均寿命为。常规工艺处理的模具平均寿命为4000件左右，失效形式为开裂或模腔变形塌陷；而采取等温淬件左右，失效形式为开裂或模腔变形塌陷；而采取等温淬火和控制模面达到一定的淬硬层深度的热处理，可以使模火和控制模面达到一定的淬硬层深度的热处理，可以使模具寿命超过具寿命超过2万件。下简单介绍其热处理工艺。万件。下简单介绍其热处理工艺。任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例(1)热处理工艺热处理工艺1 盐浴等温淬火盐浴等温淬火600、850两次预热，两次预热，10501060加热，加热，
26、预冷到预冷到950淬入淬入280硝盐硝盐5 min，立即转入，立即转入380硝盐中等温硝盐中等温34h，空冷；，空冷；3604h2次回火。次回火。(2)热处理工艺热处理工艺2 箱式炉高温短时加热和控制冷却的复合工艺如图箱式炉高温短时加热和控制冷却的复合工艺如图5-6所示，所示，该工艺为高温短时加热和控制冷却的复合工艺。采用高温短时该工艺为高温短时加热和控制冷却的复合工艺。采用高温短时加热，可使模具表面和心部得到不同的淬火温度和不同的合金加热，可使模具表面和心部得到不同的淬火温度和不同的合金化程度，在随后的淬火冷却过程中，可获得内外不同的组织；化程度，在随后的淬火冷却过程中，可获得内外不同的组织
27、；也可用控制冷却的方法来达到此目的。这样可保证模具表面层也可用控制冷却的方法来达到此目的。这样可保证模具表面层有高的硬度和耐磨性，而心部有较好的强韧性，从而可以防止有高的硬度和耐磨性，而心部有较好的强韧性，从而可以防止模具的开裂失效。模具的开裂失效。任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例图图5-6 H21钢尖嘴钳热锻模热处理工艺钢尖嘴钳热锻模热处理工艺任务一制定热锻模具热处理工艺六、常用热锻模热处理实例六、常用热锻模热处理实例实例实例4 4Cr3Mo3SiV(H10）钢制车刀热锻模盐浴淬火工艺）钢制车刀热锻模盐浴淬火工艺(1)预备热处理预备热处理加热温度为
28、加热温度为860880，保温时间为，保温时间为23h，等温温度为，等温温度为710730，保温时间为，保温时间为46h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷。退火以下出炉空冷。退火后硬度后硬度229HBW。(2)淬火回火淬火回火600、850两次预热，两次预热，10101040加热淬油，油冷至加热淬油，油冷至250左右出油空冷，淬火后硬度左右出油空冷，淬火后硬度5155HRC;回火温度根据锻模要回火温度根据锻模要求的硬度而定，如要求硬度求的硬度而定，如要求硬度4246HRC，则用，则用610630回火。回火。用用H10钢制作的中、小型热锻模使用寿命比钢制作的中、小型热锻模使用寿命比5CrNiMo钢
29、提高钢提高50以上。以上。任务一制定热锻模具热处理工艺任务任务 铝型材热挤压模具外形尺寸为铝型材热挤压模具外形尺寸为250mm40mm。在使用前在使用前550预热，在卧式挤压机上工作，在大于预热，在卧式挤压机上工作，在大于200MPa的压力下，将的压力下，将400450铝锭挤压成形，制定铝锭挤压成形，制定合理热处理工艺，提高使用寿命。合理热处理工艺，提高使用寿命。任务二制定热挤压模具热处理工艺任务分析任务分析铝型材热挤压模具要承受高温、高压和强烈的摩擦铝型材热挤压模具要承受高温、高压和强烈的摩擦作用。工作时，与作用。工作时，与400500的铝锭相接触，在的铝锭相接触，在200MPa的压力下，把
30、铝锭挤压成型材。以前用的压力下，把铝锭挤压成型材。以前用3Cr2W8V钢制铝钢制铝型材热挤压模具，使用寿命低，现在企业大都改用型材热挤压模具，使用寿命低，现在企业大都改用4CrMoSiV1(H13)模具钢制铝型材热挤压模具，采用合模具钢制铝型材热挤压模具，采用合理的热处理工艺，能够提高使用寿命。理的热处理工艺，能够提高使用寿命。任务二制定热挤压模具热处理工艺解决方案解决方案采用硼氮碳共渗与常规热处理相结合的热处理工艺，可采用硼氮碳共渗与常规热处理相结合的热处理工艺，可提高强韧性和耐性，模具的寿命比常规热处理可提高提高强韧性和耐性，模具的寿命比常规热处理可提高25倍。倍。具体热处理过程为：具体热
31、处理过程为：硼碳氮共渗工艺硼碳氮共渗工艺6001h渗氮渗氮+93095056h硼碳氮共硼碳氮共渗渗10001020淬油淬油5305502h2次回火。工艺曲线见次回火。工艺曲线见图图5-7。模具经上述工艺处理后，表面为模具经上述工艺处理后，表面为Fe2B相，硬度为相，硬度为14001800HV，具有较高的耐磨性，心部有较好的强韧性，具有较高的耐磨性，心部有较好的强韧性，开裂倾向小。开裂倾向小。任务二制定热挤压模具热处理工艺图图5-7 H13钢热挤压模硼氮碳共渗工艺钢热挤压模硼氮碳共渗工艺任务二制定热挤压模具热处理工艺解决方案解决方案任务二制定热挤压模具热处理工艺一、选用热挤压模具材料一、选用热挤
32、压模具材料热热挤挤压压模模具具的的工工作作特特点点是是加加载载速速度度较较慢慢，因因此此，型型腔腔受受热热温温度度较较高高，通通常常可可达达500800。对对这这类类钢钢的的使使用用性性能能要要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。轻轻 合合 金金 挤挤 压压:选选 用用 韧韧 性性 较较 好好 的的 热热 作作 模模 具具 钢钢，如如4Cr5MoSiV（H11），4Cr5MoSiV1（H13）钢。钢。钢钢、铜铜 和和 铜铜 合合 金金 挤挤 压压:除除 了了 选选 用用 4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢钢外外，也也可可选选用
33、用高高温温强强度度较较好好的的热热作作模模具具钢钢，如如3Cr2W8V钢钢。5Cr4W5Mo2V钢钢是是新新型型的的热热作作模模具具钢钢，该该钢钢具具有有较较高高的的红红硬硬性性，高高温温强强度度和和较较高高的的耐耐磨磨性性，可可进进行行一一般般的的热热处处理理或或化化学学热热处处理理，可可代代替替3Cr2W8V钢钢制制造造某某些些热热挤挤压模具，使用寿命较高。压模具，使用寿命较高。任务二制定热挤压模具热处理工艺一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料任务二制定热挤压模具热处理工艺一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料挤压铝合金门窗所用的棒材挤压铝合金门窗所用的棒材任务二制定热挤压模
34、具热处理工艺一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料热挤压设备热挤压设备任务二制定热挤压模具热处理工艺热挤压模具钢的选择实例图图1 失效的门把手挤压模具取样示意图失效的门把手挤压模具取样示意图一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料任务二制定热挤压模具热处理工艺热挤压模具钢的选择实例一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料图图2失效的彩电散热片模具失效的彩电散热片模具任务二制定热挤压模具热处理工艺一、选用热挤压模具材料一、选用热挤压模具材料热挤压工件的材热挤压工件的材料料模具名称模具名称凹凹 模模冲头冲头心棒心棒挤压缸内套挤压缸内套铝、镁合金铝、镁合金4Cr5MoSiV14Cr5
35、MoSiV4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV4CrMnSiMoV4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV4Cr5W2VSi4CrS MoSiV14Cr5MoSiV铜和铜合金铜和铜合金4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV3Cr3 Mo3W2V3Cr2W8V5Cr4W5Mo2V4Cr5MoSiV13Cr2W8V4CrMnSiMoV5Cr4W5Mo2V4Cr5MoSiV13Cr2W8V3Cr3Mo3W2V4Cr5 MoSiV14Cr3 Mo3SiV热挤压模具钢选择热挤压模具钢选择任务二制定热挤压模具热处理工艺二、热挤压模具钢的热处理二、热挤压模具钢的热处理1、退火工艺、退火工艺 锻后退火是为了消
36、除应力，降低硬度，便锻后退火是为了消除应力，降低硬度，便于切削加工，同时为了改善模具钢的组织，为随后淬火工序于切削加工，同时为了改善模具钢的组织，为随后淬火工序提供良好的纤维组织。通常用等温球化退火工艺。提供良好的纤维组织。通常用等温球化退火工艺。钢号钢号退火工艺退火工艺退火后的硬度退火后的硬度HBS3Cr2W8V880840740720,炉冷至出炉炉冷至出炉2415Cr4W5Mo2V(RM2)850，炉冷至出炉，炉冷至出炉1972124Cr3Mo3W4VTiNb(GR)850，炉冷至出炉，炉冷至出炉1702003Cr3Mo3W2V(HM1)870，炉冷至出炉，炉冷至出炉1972294Cr5M
37、oSiV4Cr5MoSiV1890860，炉冷至出炉，炉冷至出炉2234Cr5W2SiV880860，炉冷至出炉，炉冷至出炉2293Cr3Mo3VNb940，炉冷至出炉，炉冷至出炉1876Cr4Mo3Ni2WV(CG2)810，炉冷至出炉，炉冷至出炉2205Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)860，炉冷至出炉，炉冷至出炉-5Cr4W2Mo2VSi920，炉冷至出炉，炉冷至出炉2294Cr3Mo2NiVNb860850，炉冷至出炉，炉冷至出炉190220几种常用热挤压模具钢的退火工艺几种常用热挤压模具钢的退火工艺任务二制定热挤压模具热处理工艺二、热挤压模具钢的热处理二、热挤压模具钢的热处理
38、2、淬火工艺、淬火工艺淬火加热时间的选择原则是使合金元素充分固溶，完成淬火加热时间的选择原则是使合金元素充分固溶，完成组织转变。若加热时间过短，则会降低钢的红硬性及回火抗组织转变。若加热时间过短，则会降低钢的红硬性及回火抗力。力。淬火冷却可以在油中进行，为减少变形，对变形要求严淬火冷却可以在油中进行，为减少变形，对变形要求严格的模具可采用热油淬火、分级淬火或等温淬火。格的模具可采用热油淬火、分级淬火或等温淬火。任务二制定热挤压模具热处理工艺二、热挤压模具钢的热处理二、热挤压模具钢的热处理钢号钢号淬淬火火加加热热温温度度/淬淬 火火 介介质质淬火后硬度淬火后硬度HRC3Cr2W8V1050110
39、0油油505Cr4W5Mo2V(RM2)11301140油油604Cr3Mo3W4VTiNb(GR)11601200油油56573Cr3Mo3W2V(HM1)10301090油油52554Cr5MoSiV10001050油、空油、空56584Cr5MoSiV110001050油、空油、空53573Cr3Mo3VNb10601090油油47486Cr4Mo3Ni2WV(CG2)11001140油油605Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)10901120油油604Cr5W2SiV10601080油、空油、空56585Cr4W2Mo2VSi11001140油油54564Cr3Mo2NiVNb1
40、130油油54 热挤压模具钢推荐淬火温度热挤压模具钢推荐淬火温度任务二制定热挤压模具热处理工艺二、热挤压模具钢的热处理二、热挤压模具钢的热处理3、回火工艺、回火工艺回火的目的是获得对模具所要求的强韧性，既调节硬度回火的目的是获得对模具所要求的强韧性，既调节硬度及韧性。回火温度的选择是在不影响模具抗脆断及抗热疲劳及韧性。回火温度的选择是在不影响模具抗脆断及抗热疲劳能力的前提下，尽可能提高模具的硬度。热挤压模具一般二能力的前提下，尽可能提高模具的硬度。热挤压模具一般二次回火为最好，一般第二次回火温度低于第一次回火温度。次回火为最好，一般第二次回火温度低于第一次回火温度。但是，但是，3Cr2W8V实
41、际应用中，先经过低温回火，再经高温回实际应用中，先经过低温回火，再经高温回火，韧度提高火，韧度提高2倍，模具寿命也提高。倍，模具寿命也提高。任务二制定热挤压模具热处理工艺三、模具的表面化学热处理三、模具的表面化学热处理 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。几乎所有的化学热处理工性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。化学热处理就是利用化学艺均可用于模具钢的表面处理。化学热处理就是利用化学反应和物理冶金相结合的方法改变金属材料表面的化学成反应和物理冶金相结合的方法改变金属材料表面
42、的化学成分和组织结构，从而使材料表面获得某种性能的工艺过程。分和组织结构，从而使材料表面获得某种性能的工艺过程。任务二制定热挤压模具热处理工艺三、模具的表面化学热处理三、模具的表面化学热处理化学热处理普遍地由三个基本过程组成：化学热处理普遍地由三个基本过程组成：1）活性原子的产生）活性原子的产生 通过化学反应产生活性原子或借助一些物理方法使欲渗入的通过化学反应产生活性原子或借助一些物理方法使欲渗入的原子的能量增加，活性增加。原子的能量增加，活性增加。2）材料表面吸收活性原子）材料表面吸收活性原子 首先被材料表面吸附，进而被表面吸收，此过程为一个物理首先被材料表面吸附，进而被表面吸收，此过程为一
43、个物理过程。过程。3）活性原子的扩散）活性原子的扩散 材料表面吸收了大量活性原子，使得表面层该原子的浓度大材料表面吸收了大量活性原子，使得表面层该原子的浓度大为提高，为渗入原子的扩散创造了条件，活性原子不断地渗入表为提高，为渗入原子的扩散创造了条件，活性原子不断地渗入表面层，经扩散就形成了一定深度的扩散层。面层，经扩散就形成了一定深度的扩散层。以上三个过程进行的程度都与温度和时间两个要素有关，因以上三个过程进行的程度都与温度和时间两个要素有关，因此温度和时间是化学热处理过程中两个重要的工艺参数。此温度和时间是化学热处理过程中两个重要的工艺参数。任务二制定热挤压模具热处理工艺三、模具的表面化学热
44、处理三、模具的表面化学热处理任务二制定热挤压模具热处理工艺常用的表常用的表面化学热面化学热处理方法：处理方法：1、渗碳、渗碳2、渗、渗氮氮3、渗硼、渗硼4、多、多元共渗元共渗三、模具的表面化学热处理三、模具的表面化学热处理牌号牌号渗氮工艺渗氮工艺渗氮层深度渗氮层深度/mm表面硬度表面硬度/HV阶段阶段温度温度/时间时间/h氨分解率氨分解率/%38CrMoAlA5105401242204050600.50.79501000Crl2MoV4805301825142736600.272086040Cr4902415350.20.36004Cr5MoSivVl5401230600.150.276080
45、03Cr2W8V4805301822142730600.20.4500550一些模具的渗氮工艺规范一些模具的渗氮工艺规范任务二制定热挤压模具热处理工艺四、热挤压模具用钢的性能要求四、热挤压模具用钢的性能要求1、高强度、冲击韧度及断裂韧度，以保证模具钢具、高强度、冲击韧度及断裂韧度，以保证模具钢具有较高的断裂抗力，防止模具发生脆性断裂。有较高的断裂抗力，防止模具发生脆性断裂。2、室温及高温硬度高，耐磨性能好，以减缓模具的、室温及高温硬度高，耐磨性能好，以减缓模具的磨损失效发生。磨损失效发生。3、回火抗力高，拉伸及压缩屈服点高，防止模具产、回火抗力高，拉伸及压缩屈服点高，防止模具产生塑性变形及堆塌
46、。生塑性变形及堆塌。4、模具钢的相变点及高温强度高，并具有高的导热、模具钢的相变点及高温强度高，并具有高的导热性及较低的热胀系数，有利于热疲劳抗力的提高，推迟性及较低的热胀系数，有利于热疲劳抗力的提高，推迟热疲劳开裂的发生。热疲劳开裂的发生。5、较高的抗氧化能力，以减少氧化物对磨损及热疲、较高的抗氧化能力，以减少氧化物对磨损及热疲劳的不利影响。劳的不利影响。任务二制定热挤压模具热处理工艺五、提高热挤压模具使用寿命的途径五、提高热挤压模具使用寿命的途径任务二制定热挤压模具热处理工艺1、选用高强韧性热模钢。、选用高强韧性热模钢。2、正确的预处理工艺、正确的预处理工艺3、热处理新工艺、热处理新工艺4
47、、化学热处理工艺、化学热处理工艺六、常用热挤压模具热处理工艺实例六、常用热挤压模具热处理工艺实例实例实例1 H13钢热挤压模复合热处理工艺钢热挤压模复合热处理工艺铝型材热挤压模使用前要预热到铝型材热挤压模使用前要预热到500。铝合金锭加热到。铝合金锭加热到400450以后放入挤压机在以后放入挤压机在1520MPa的压力下，通过挤压的压力下，通过挤压模而成型为铝型材的。因此挤压模要承受高温高压力的作用模而成型为铝型材的。因此挤压模要承受高温高压力的作用而产生热磨损和热疲劳等，故挤压模主要失效形式是热磨损而产生热磨损和热疲劳等，故挤压模主要失效形式是热磨损和热疲劳。采用真空热处理的方法来提高挤压模
48、的热疲劳性和热疲劳。采用真空热处理的方法来提高挤压模的热疲劳性能，用氮化工艺的方法提高挤压模的表面硬度及耐磨性能。能，用氮化工艺的方法提高挤压模的表面硬度及耐磨性能。任务二制定热挤压模具热处理工艺六、常用热挤压模具热处理工艺实例六、常用热挤压模具热处理工艺实例挤压模的真空热处理工艺：挤压模的真空热处理工艺：挤压挤压模先用金属清洗剂清洗，除去油污和模先用金属清洗剂清洗，除去油污和沾在模具表面的杂质，然后用清水漂沾在模具表面的杂质，然后用清水漂洗，用棉纱抹干，放入烘箱内烘干，洗，用棉纱抹干，放入烘箱内烘干，再装入工件筐内送入真空炉内进行真再装入工件筐内送入真空炉内进行真空处理，工艺见图空处理，工艺
49、见图5-8。真空热处理后。真空热处理后在井式回火炉中进行回火，第一次回在井式回火炉中进行回火，第一次回火温度火温度590 610。时间。时间3h，第二次，第二次回火温度回火温度560580，时间，时间3h，回火，回火后挤压模的硬度为后挤压模的硬度为HRC4850。任务二制定热挤压模具热处理工艺图图5-8 真空热处理工艺图真空热处理工艺图六、常用热挤压模具热处理工艺实例六、常用热挤压模具热处理工艺实例经过真空淬火和回火的挤压模在精加工后进行氮化处经过真空淬火和回火的挤压模在精加工后进行氮化处理，将待氮化的挤压模用金属洗净剂进行清洗，除去油污理，将待氮化的挤压模用金属洗净剂进行清洗，除去油污等杂质
50、，然后用清水冲洗干净，放入工件筐内，等杂质，然后用清水冲洗干净，放入工件筐内，装入装入85KW的氮化炉内进行氮化处理，渗碳层达到的氮化炉内进行氮化处理，渗碳层达到0.15mm，氮，氮化工艺见图化工艺见图5-9。图图5-9 H13热挤压模具氮化工艺热挤压模具氮化工艺任务二制定热挤压模具热处理工艺六、常用热挤压模具热处理工艺实例六、常用热挤压模具热处理工艺实例采用真空热处理加上表面氮化工采用真空热处理加上表面氮化工艺，使热挤压模的表面硬度增加至艺，使热挤压模的表面硬度增加至HV0.2=12001300MPa，表层组织是，表层组织是相、相、相和合金氮化物，这些氮化物以弥散相和合金氮化物，这些氮化物以