韌性熱作模具鋼的熱處理技術要點

  高強韌性熱作模具鋼的特點是碳質量分數較低（0.3%～0.5%），含有較多的鉻、鎢、鉬、釩、鈮等碳化物形成元素。含鉻量較高，其質量分數一般都在3%～5%。因此鋼的抗氧化性及耐熱性介于高韌性及高熱強性熱作模具鋼之間，通常可稱為中等耐熱韌性鋼。壓鑄模的失效分析表明，大多數的壓鑄模失效原因都是由于熱處理**引起的，所以壓鑄模的熱處理是模具制造的關鍵技術之一，而淬火是其中*重要的工序。所以在許多熱作模具上都廣泛應用。 
         常用的鋼種有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5W2SiV（914958）、3Cr3Mo3VN6（HM3）、60Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）、4Cr3Mo2MnVB（ER8）、5Cr4Mo3SiMnVAI（012A1）等。我國標準中應用*多且具代表性的鋼號有4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等鋼。我國壓鑄模材料普遍采用H13，3Cr2W8V已很少應用，經熱處理和滲氮處理，大幅度提高了壓鑄模的壽命。
        4Cr5MoSiV1鋼的合金含量比3Cr2W8V鋼低，但抗冷熱疲勞性能、韌性、塑性都比3Cr2W8V好，在制造壓鑄模工作零件時，可以取代3Cr2W8V鋼。4Cr5MoSiV鋼也是含Cr5%的系列熱作模具鋼的代表性鋼號，這個系列中人們更熟悉H13，其實H11更早就納入我國《合金工具鋼》標準。其成分特點是合金配比合理且總量不高，與H13比較，Mo和V的含量低一些，性能特點基本相同，只是抗熱疲勞和耐磨性稍低。與其他合金工具鋼比較，顯著優點是強韌性好，可以作為H13的替代鋼種。  
        熱處理工藝如下： 
        H13、H11鋼退火：①普通退火：隨爐升溫加熱到860～900℃后，保溫2～4h，以30℃/h冷速冷到500℃以下出爐空冷。硬度≤229HBW。②等溫球化退火：隨爐升溫加熱到860～900℃后，保溫2h，降溫到740～760℃，等溫4h左右，以30℃/h冷速冷到500℃以下出爐空冷，硬度≤229HBW。 
        淬火：H13*佳奧氏體化溫度應選擇比1020～1080℃，從1070℃加熱開始，奧氏體晶粒開始明顯長大。淬火加熱應先經500℃、800℃兩次預熱，冷卻可采用空冷、油冷，也可采用分級冷卻。H11*佳奧氏體化溫度應選擇在1000～1040℃，淬火加熱也應先經兩次預熱至透熱，冷卻可采用油冷，也可采用分級冷卻，油冷淬火后硬度可達57～60HRC。對于要求熱硬性為主的模具，應選取上限加熱，對于要求韌性較好的模具，可選取中下限加熱。
        回火：H13、H11鋼的回火溫度為550～650℃，回火應進行兩次。在500℃回火出現二次硬化峰，硬度*高為55HRC左右，但韌性*差。兩次回火一定要充分，兩次回火之間零件要冷到室溫。保溫時時間按1h/25mm計算，每次不應少于4h。
         H13鋼*常用的淬火冷卻方法是分級淬火，在370℃左右的鹽浴中冷卻，直到模具零件各部位的溫度均勻，然后取出空冷。冷卻到80℃左右，要立即回火。大型復雜的鋁合金壓鑄模工作零件采用分組淬火，可以獲得*滿意的使用壽命。鹽浴淬火回火后應及時清理。
        清理和精加工以后的鋼模具零件要在510～540℃加熱進行去應力退火，按1h/25mm保溫，在爐內自然冷卻或空冷。這樣一方面消除了應力，另一立面由于在氧化性的空氣爐內加熱，表面形成一層可起潤滑作用的氧化膜，在模具工作時減少了液態金屬對模具的侵蝕，可起到保護作用。
       在保證心部強度不降低的前提下，以低于回火溫度進行過滲氮、低溫氮碳共滲（鹽浴滲氮、氣體氮碳共滲）、離子滲氮，并達到去應力退火效果，可進一步強化，效果更好。有效滲氮層嘗試以0.1～0.13mm為宜，過深容易引起尖銳邊角處的崩裂，滲氮后的表面硬度可達1100～1300HV。模具維修后再作滲氮處理，可延長使用壽命。

編輯：日加金屬制品（上海）有限公司技術部
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