1.3.4 模具钢材的热处理

一般情况下，注塑模用预硬钢（经硬化及回火）即可，钢材在出厂前已经过热处理，模具制造中不必再热处理，能保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，也易于抛光。但如果模具寿命和精度要求都很高时，可对型腔进行渗氮等表面处理或对内模镶件进行热处理。

1.模具材料的表面处理

表面处理是指以加热或化学处理方法，使模具表面在一定厚度范围内硬度增加的方法。表面处理方法有渗碳淬火、高频淬火、火焰淬火、氮化处理及镀金等。

1）渗碳淬火

低碳钢或表淬火钢，如低镍钢或镍铬钢等低含碳量的钢，在适当的渗碳剂中加热，增加含碳量。渗碳剂中以850～900℃加热8～l0h，则钢表面起渗碳层约2mm深。渗碳层深度是指钢表面至硬度50HRC处的距离，此距离称为有效硬化层深度。渗碳作业后常以淬火处理使渗碳部硬化，不需渗碳部可以用镀铜来防止。

2）高频淬火

高频淬火，是借高频感应电流将钢材表面加热，达淬火温度的瞬间，停止加热，再用适当的淬火液急冷。通常用于含碳量0.4%～0.5%的碳钢，碳钢、合金钢都有效。使用高频淬火的模具零件有导柱、复位杆、斜导柱等。

3）火焰淬火

火焰淬火是氧气、乙炔火焰将需要硬化的表面急速加热至淬火温度，再以水急冷淬硬。火焰淬火的特点：只将零件外表面淬火硬化，淬火应力小，可用于任何形状、大小之钢制品，也可利用火焰进行退火、回火。火焰淬火有全面同时淬火与移动淬火。全面同时淬火适用于较小的处理面，将全面同时加热，再将该面冷淬硬。移动淬火用于不能同时硬化处理的大面，依次移动加热和冷却而达到淬硬目的。火焰淬火适用于不易全面淬火的模具之局部淬火，或仅滑动摩擦面之淬火，可增高耐磨性，延长模具寿命。

4）渗氮

对型腔表面进行渗氮，可得到较高的表面硬度和耐磨性，耐蚀性也较良好。渗氮后无需再进行热处理，故可以在型腔全部加工完成后进行。

渗氮有下列几种。

（1）气体氮化（渗氮）。钢材应含Cr、Ti、Al、V、Mo等合金元素。处理温度：495～570℃；回火温度：520～590℃；表面硬度：900～1000HV；有效硬化层深度：0.3mm；时间：48h；变形量：无。

（2）液体氮化。处理温度：560～580℃；时间：2～3h；有效硬化层深度：0.01～0.02mm；表面硬度：900～1000HV。

（3）软氮化。任何钢铁材料皆可做软氮化处理，可分为液体、气体、软渗氮。液体软渗氮（又称氮化），是无毒处理法。处理温度：570～580℃；处理时间：1～3h；淬火液：盐浴；化合层：Fe2.3（C,N,O）；内部扩散层：Fe4N；表面化合层硬度：900～1000HV；深度：0.01～0.03mm。

5）电镀

电镀是不将钢加热硬化处理，而是以其他金属镀覆在钢的表面，增加表面硬度、降低表面粗糙度，增强耐蚀性和耐磨性等的表面处理方法。

（1）镀硬铬（钢材表面形成保护膜）。将模具欲镀部分浸入以无水铬酸为主体的电镀溶液中，通电流，在模具材料表面析出铬。镀铬层比普通镀铬层厚，约0.01～0.02mm，硬度为900～1000HV。镀硬铬的特性如下：

① 镀铬后的表面制品脱模性能极好。

② 耐磨性高，不易刮伤。

③ 对盐酸、稀硫酸以外的药品具有耐蚀性。

④ 镀铬过的模具表面所得的成型品有良好的光泽，具有商业价值。

（2）镀镍。此法不经电解作用，用化学方法实行镀镍（如无电解镀镍法）。镍被还原，形成表面镀覆层。这种镀镍特点如下：

① 镀层均匀，不会产生像电镀那样的镀层差的现象。

② 表面不产生针孔，光滑而硬。镀层硬度有时可达500HV左右，施行热处理者可上升至800～900HV。

③ 附着性良好，不易脱落。

④ 耐蚀性良好。镀层的化学稳定性几乎与纯镍一样。

2.模具钢材的热处理

1）淬火

淬火是将钢加热到AC3或AC1以上某一温度，保温后快速冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。

淬火的目的：为了获得马氏体和下贝氏体，然后通过适当地回火，获得所需的力学性能。

淬火注意事项：

（1）在淬火前，模具必须先进行粗加工，钻好工艺孔、内模镶件螺孔、冷却水孔、推杆孔、镶件孔等。

（2）工件上尽量避免内部尖角，一般保证R至少为0.5mm，以免淬火后裂开。

（3）淬火后，必须检查变形量，变形量必须在许可范围内。

（4）淬火后必须检测模具硬度。

（5）淬火后必须回火。

2）回火

回火是将淬火后的钢加热到AC1以下某一温度，保温到组织转变后，冷却到室温的热处理工艺。

回火的目的：

（1）减少或消除内应力，防止变形和开裂。

（2）稳定组织，保证工件在使用时不发生形状和尺寸变化。

（3）调整力学性能，适应不同零件的需要。

淬火后进行回火的原因：淬火后得到的组织为马氏体和下贝氏体，马氏体和下贝氏体都是亚稳态组织，在一定条件下会自发转变为稳定组织。若淬火工件不回火，则过一段时间后，马氏体和下贝氏体发生转变，导致工件形状、尺寸发生变化。淬火时冷却速度快，工件存在较大的内应力，必须及时回火消除，以免变形、开裂。

淬火后再进行高温回火又称调质。

3）退火

退火就是将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。

退火的目的：消除内应力（铸件、锻件），为后续工序改善工艺性能，降低钢的硬度和提高其塑性，从而有利于切削加工和冷变形加工。

4）正火

正火就是将钢加热到AC3或ACGM以上30～50℃，保温一定时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。

正火的目的：

① 细化晶粒，提高力学性能。作为普通结构件的最终热处理。

② 消除过共析钢的网状渗碳体，为其他热处理（如淬火）做组织准备。

③ 调整中、低碳钢硬度，利于切削加工。

④ 为钢件淬火返修做组织准备。