热作模具的热处理及表面处理

模具的性能会受到热处理技术的影响，因为热处理可以增加模具钢的韧性，从而大大提高模具的寿命。 热作模具的工作条件非常苛刻和复杂，因为它们都需要与被加热的钢坯或液态金属直接接触，并且在整个过程中反复加热和冷却。同时，还有冲击载荷的影响。因此，对热模钢的性能要求极为严格，才能满足热模的使用。我们可以通过热处理和表面处理技术提高模具的性能指标，从而促进模具使用寿命的提高。

什么是热处理？

热处理是一种金属热处理工艺。是指对固态的材料进行加热、保温、冷却等手段，以获得所需的结构和性能。

金属热处理是机械制造中的重要工序之一。 与其他工艺相比，热处理一般不会改变工件的形状和整体化学成分。 热处理是通过改变工件内部的显微组织或改变工件表面的化学成分来赋予或改善工件的性能。热处理是为了提高工件的内在质量，而这种变化一般肉眼是看不到的。

热作模具钢

热作模具钢用于制造在加热状态下使金属变形的模具，包括热锻模、热挤压模、压铸模 ，以及高速锻造模具 .

热作模具钢的工作条件和性能要求

热作模具在工作时会承受很大的冲击力，模腔与高温金属接触，反复加热和冷却，使用条件苛刻。为满足热作模具的使用要求，热作模具钢应具有以下特点：高温强度高、韧性好。具有良好的耐磨性和较高的热稳定性。具有优良的抗热疲劳性和高淬透性。具有良好的导热性和良好的成型工艺性能。

合金化处理

热作模具钢中碳的质量分数一般保持在（0.3%~0.6%）C之间，以获得所需的强度、硬度、耐磨性和韧性。含碳量过高会降低韧性和导热性，过低则强度、硬度和耐磨性难以保证。

铬提高淬透性和回火稳定性。 镍铬共存不仅能提高淬透性，还能提高综合力学性能。锰增加淬透性和强度，但降低韧性。钼、钨、钒等能产生二次硬化，提高红硬性、回火稳定性、抗热疲劳性、细化晶粒。

热处理工艺

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时也只有加热和冷却两个过程。这些过程是相互联系的，不能中断。

• 加热

加热是热处理的重要工序之一，加热方法有很多种。最早使用木炭和煤作为热源，最近应用液体和气体燃料。电的应用使供暖易于控制，对环境无污染。

金属加热时，由于工件暴露在空气中，经常发生氧化和脱碳，不利于热处理后零件的表面性能。因此，金属应在受控气氛或保护气氛、熔盐和真空中加热，或用涂层保护加热，以及包装方法。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，加热温度的选择和控制是保证热处理质量的主要问题。

• 保温

加热温度根据热处理的目的和被处理的金属材料而有所不同，但通常是在相变温度以上加热以获得高温组织。但转变需要一定的时间，所以当金属工件表面达到要求的加热温度时，必须在该温度下保持一定的时间，使内外温度一致，微观结构完全改变。这段时间称为保温时间。

• 冷却

冷却也是热处理过程中不可缺少的步骤。冷却方式因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火冷却速度最慢，正火冷却速度较快，淬火冷却速度最快。但由于钢种不同，要求也不同。

模具钢的表面处理技术

常用的表面强化技术有化学热处理、高能束表面强化和物理或化学气相沉积。

常见的化学热处理有渗碳、渗氮、渗硼等。 这些表面处理工艺是一些传统工艺，与其他工艺相比具有成本低、可靠性高的特点，可供选择的也很多。

高能束表面强化技术的特点是加热速度快、工件变形小、无需冷却介质、可控性好、易于实现自动化控制。在高能束表面强化技术中，激光表面改性的研究应用最多。目前，激光表面处理的研究主要利用该技术可控性好、对基体影响小等特点，并结合其他技术开展一些新工艺研究。

气相沉积分为化学气相沉积和物理气相沉积。 这些方法主要用于在模具表面形成陶瓷涂层，但陶瓷涂层应用的最大问题是陶瓷涂层的热膨胀性能与模具钢基体不匹配，这会导致涂层的早期开裂失效。因此，在陶瓷涂层前进行等离子渗氮是提高陶瓷涂层与基体结合力的有效方法，对提高热作模具寿命有显着效果。但各种陶瓷涂层，无论是单层还是多层，还是结合氮化处理，都不可避免地会与基体产生热膨胀性能的差异，从而影响模具的热疲劳性能。因此，需要一种复合涂层系统。复合涂层体系可使压铸模具表面具有抗焊、抗熔损、抗氧化、耐磨等功能。这种涂层体系的最大特点是减少热量向模具的传递，减缓模具的温度变化，提高模具钢的抗热疲劳性能。

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