模具

制造成本高，特别是对于一些精密复杂的冷冲压模具、塑料模具、压铸模具等。采用热处理技术提高模具性能，可以大大提高模具的寿命，具有显著的经济效益。我国模具技术人员非常重视模具热处理技术的发展。

一。真空热处理

真空热处理后，模具钢表面状况好，变形小。与在大气下淬火相比，真空油淬火后的模具表面硬化更均匀，并且略高，主要原因是真空加热时，模具钢的表面处于活性状态，没有脱碳，并且不会产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热时，钢的表面具有脱气作用，因此具有较高的机械性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性得到提高，模具寿命一般提高40%-400%，甚至高于常规工艺。

冷作模具的真空淬火技术得到了广泛的应用。

二。冷处理近年来的研究表明，低温处理

（-196°C）可以改善模具钢的力学性能，一些模具在低温处理后使用寿命得到显着提高。

模具钢的低温处理可以在调质工艺之间进行，也可以在调质调质之后进行。如果在调质和回火后残留奥氏体留在钢中，则在低温处理后仍需再次回火。低温处理提高了钢的耐磨性和耐回火性。

低温处理不仅用于冷作模具，还用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术越来越受到模具热处理工人的重视，并开发了专用的低温处理设备。不同牌号钢在低温过程中的组织变化和微观机理及其对力学性能的影响有待进一步研究。

三。模具高温淬火冷却淬火

一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，在比常规淬火更高的温度下加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量，改善其形貌和分布，使碳均匀分布在奥氏体中。例如，由3Cr2W8V钢制成的热挤压模具的常规淬火温度为1080-1120°C，回火温度为560-580°C。 当淬火温度提高到1200°C，回火温度为680°C（2次）时，模具寿命增加数倍。

W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢可以适当降低其淬火温度，提高其塑性韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如，W6Mo5Cr4V2的淬火温度可在1140-1160°C之间选择。

四。化学热处理

化学热处理可有效提高模具表面的耐磨性、耐腐蚀性、抗咬合性、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺都可用于模具钢的表面处理。

研究表明，无论是高碳低合金工具钢还是中高碳高合金钢，都可以进行渗碳或碳氮共渗。高碳低合金钢渗碳或碳氮共渗时，应尽量选择加热温度较低、保温时间较短，这样可以保证表面有更多未溶解的硬质合金芯，经渗碳和碳氮共渗后，表面的碳化物呈颗粒状，硬质合金的总体积也明显增加， 可以增加钢的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb钢模渗碳后寿命显著提高，65Nb钢模真空渗碳后寿命显著提高。

在500-650°C回火的合金钢模具可以在低于回火温度的范围内或与回火同时进行表面氮化或氮碳共渗。

目前，渗氮工艺多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子氮化缩短了氮化时间，并实现了高质量的渗透性。离子氮化可以提高压铸模具的耐腐蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。氮碳共渗可以在

气态或液态介质中进行，渗透层较脆，共渗时间远短于氮化时间。氮碳共渗后，压铸模具和热挤压模具的热疲劳性能可显著提高。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲压模、拉丝模等有很好的应用效果。冷作模具和

热作模具也可以用硫磺或硫磺和氮气碳渗碳。近年来，许多研究工作表明，稀土具有明显的催化作用，这导致了稀土氮化和稀土氮碳共渗等新工艺的发展。

五。硼和金属渗透硼化

可以是固体硼化、液体硼化和膏状硼化，

等，应用最广泛的是固体硼化，市场上已经有固体硼化剂供应。固体硼化后，表层硬度高达1400-2800HV，具有很高的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。

渗硼工艺常用于各种冷作模具，由于耐磨性的提高，模具寿命可提高数倍或十倍以上。使用中碳钢硼有时可以代替高合金钢制造模具。硼渗透也可应用于热作模具，如热挤压模具。硼化层脆性强，扩散层较

薄，渗透层的支撑力较弱，因此可采用硼化或硼氮化来加强过渡区，使其硬度变化温和。为了提高渗透硼层的脆性，可采用硼-钒和硼-铝共渗透。

冶金包括铬、钒、钛等工艺，可用于处理冷作和热作模具，其中TD法（熔盐金属渗透）已多次应用，可使模具寿命提高数倍甚至十倍以上。

六。气相沉积

气相沉积

按形成的基本原理分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

PVD分为真空蒸镀、溅射镀和离子镀。离子镀是蒸发和溅射电镀技术相结合的，离子镀膜具有附着力强、镀层均匀性好等优点，并且镀膜基材与镀膜材料可以广泛匹配，因此得到了广泛的应用。近年来，多弧离子电镀引起了人们的关注。目前，在模具中应用较多的是离子镀TiN，这种薄膜不仅硬度高，而且韧性好，附着力强，耐高温。基于TiN研制的多层薄膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能优于TiN，是一种更有前途的新型薄膜。

CVD是一种化学方法，使反应气体在基材表面发生反应，形成覆盖层（TiC，TiN）。CVD有几种方法。一般CVD的反应温度在900°C以上，熔覆的硬度达到2000HV以上，但高温容易使工件变形，沉积层界面容易发生反应。趋势是降低温度并开发新的涂层成分。例如，金属有机化合物CVD（MOCVD）、激光CVD（LCVD）、等离子体CVD（PCVD）等。

七。高能束热处理

高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束等，它们的共同特点是：供料表面的功率密度至少为1000W/cm2。它们的共同特点是：加热速度快，加热区域可根据需要选择，工件变形小，无需冷却介质，处理环境清洁，性能好，便于实现自动化加工。

国内外对高能束热处理的原理和工艺投入较多的研究，比较成熟的是激光相变淬火、小尺寸电子束处理和中功率离子注入，并已应用于提高模具寿命。