第四节 冷作模具的锻造与热处理

2、T10A钢冲裁凹模的热处理 模具尺寸如下图
技术要求 ①硬度60~64HRC ②15mm处为配合尺寸，要求变形小
淬火工艺 因孔型多，尺寸较大，采用的又是T10钢，淬火变形 开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用碱浴分级淬 火，并采取适当的防变形措施。 采用延迟淬火法。 刃口采用局部淬火法。 模具直角处包扎铁皮。 M10螺钉孔用石棉绳堵塞。
（4）分级淬火和等温淬火 是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模 具的变形和开裂. 冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围 见表2—47. （5）其他强韧化处理方法 主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消 除链状碳化物组织的预处理工艺等。
4、主要冷作模具的热处理特点 （1）冲裁模 对于薄板冲裁模 在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。 通常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如， 双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快 速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。 以上工艺方法的具体应用参考表2-48。 对于重载冷冲模 由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证 模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：细化 奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、 循环超细化处理、低温淬火等方法。
热处理工序安排应注意以下几点： ① 对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机 械加工之后安排高温回火或调质处理。 ②对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂， 其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。 ③为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时 再回火
2、冷作模具的淬火 （1）合理选择淬火加热温度 对于具体模具，在加热工艺规范的基础上要作精细选 择，选择的依据主要是模具的使用性能要求。 如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选择较高的淬火 加热温度；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬 加热温度。 （2）合理选择淬火保温时间 生产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可 按以下经验公式确定 ： t=αD t 淬火保温时间（min或s） α 加热系数（min/mm或s/mm），见表2-45。 D 工件有效厚度（mm ）
2、钢结硬质合金的锻造 工艺要点： 钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯 料上的尖角、棱角应磨圆。 锻锤吨位选择要合适，参照表2-44。 锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。 锻造比不宜过大，一般大于2，注意采用 “二轻一重”的操作要领。 1~3火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎 模中进行。
④采用表面处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗 硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变表面应力 状态。 ⑤使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作 过程中积累的应力和疲劳。 表达式2~51为典型冷挤压模材料的热处理工艺， 以供参考。
拉深模 热处理特点是： ①做好加热保护，避免氧化脱碳，以防止表面出现软 点，表面硬度不得低于500HV。 ②采用表面处理，提高表面的抗磨损和抗粘附的能力。 如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。 拉深模的典型热处理规范见表2~52。
第四节
冷作模具的锻造与热处理
一、冷作模具材料的锻造 锻造目的：提高材料的致密度和均匀性、细化组织、 获得合理的流线分布等。 1、高碳高合金钢的锻造 工艺操作要点： ①加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。
②严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。 ③锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热200~300℃。 ④操作要领应遵循“二轻一重”和“两均匀”的原则。 ⑤尽量避免冲孔和扩孔。 为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻 锤吨位的选择。
图2~38
4、W6Mo5Cr4V2钢冷挤压 凹模的热处理 冷挤压凹模和热处理见下图
图2~39
图2~40
技术要求 硬度62~64HRC 型腔表面粗糙度Ra0.1μｍ 淬火时要保证表面粗糙度不受破坏 热处理工艺 为保证表面粗糙度要求，采用低温分级淬火，淬火温度 为1180℃，分级温式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对 于形状复杂的模具有时要通过实验来确定淬火保温时间。
（3）合理选择淬火介质 一般：高合金冷作模具钢，采用较缓的淬火冷却介 质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。 市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、 氯化锌 碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提 高淬火质量。 （4）采用合适的淬火加热保护措施 主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有： ①盐浴加热法 ②装箱保护法 ③涂料保护法 ④ 包装保护法
对于冷剪刀 冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但 都要求刀刃抗冲击能力好。 为了减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是： 热浴淬火。即碱浴、盐浴和热油，温度一般在 100~180℃范围。 间断淬火。即加热保温后先油冷至上200~250℃，再 转入空冷至80~140℃，立即进行预回火，最后根据硬度 要求正式回火。 对成形冷剪刀，根据受载情况可用表2~49中的常规 热处理工艺。 为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用 表面强化处理，如碳氮共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌 等。
（3）微细化处理工艺 即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法 四步热处理法： 高温淬火+高温回火+低温淬火+低温回火 如9Mn2V:820℃油冷+650℃回火+750 ℃油冷 +200 ℃回火。
循环超细化处理 加热Ac1（Acm）+10~20℃ 加热Ac1（Acm） +10~20℃„„ 如Cr12MoV钢：1150℃加热油淬+650℃回火+ 1000℃加热油淬+650℃回火+1030℃加热油淬+ 170℃等温30min空冷+170℃回火.
三、冷作模具的热处理实例
1、 CrWMn钢光栏片的热处理
右图为光栏片上冲模简图 技术要求 端面Ra0.8μｍ α=125°10ˊ±8 ˊ 硬度61~64HRC 材料选择 碳工钢易变形超差，Cr12型钢加工困难，故 CrWMn较合适。
制造工艺路线 毛坯→球化退火→粗加工→调质→半精加工→去 应力退火→精加工→淬火回火→精磨。 热处理工艺 ①球化退火：800℃×3~4h，炉冷至720℃×2~3h， 炉冷至500℃以下出炉空冷。 ②调质：830℃×15min，油淬，700~720℃×1~ 2h回火。 ③去应力退火：640℃×4h，炉冷至300℃以下出炉。 ④淬回火：（见右下图）
（2）冷镦模 热处理特点如下： ①碳工钢冷镦凹模采用喷水淬火法可使硬化层沿凹模 型腔轮廓均匀分布，以避免过早开裂；采用片状珠光体预 处理（即完全退火）提高模具强度和断裂韧度和寿命。 ②冷镦模必须充分回火，2次或2次以上。 ③采用中温淬火、中温回火工艺，获得最佳强韧性配合。 ④采用快速加热工艺，提高模具的韧性。 ⑤采用表面处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。 典型冷镦模的热处理可参照表2~50。
（3）冷挤压模 热处理特点是： ①易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤 压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧 性。 ②高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火 或多次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸，消除应力， 提高韧性。 ③以脆断为主的模具，常采用等温淬火后再二次回 火的工艺，以减少淬火内应力。
二、冷作模具的热处理技术 1、冷作模具的制造工艺路线 一般冷作模具：锻造 球化退火 淬火与回火 钳修装配。 机械粗加工
成形磨削及电加工冷作模具 ：锻造 球化退火 机械粗加工 淬火与回火 机械加工或电加工成 形 钳修装配。 高精度冷作模具：锻造 加工 去应力退火或调质 回火 钳工修配。 球化退火 加工成形 机械粗 淬火与
（T10钢组合凹模的淬火工艺见右上图）
3、65Nb十字槽光冲模的热处理 性能要求： 极高的强韧性，高耐磨性。 选材分析 高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断； 60Si2Mn钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。 现采用65Nb钢制造，经低温淬火、高温二次回火，寿 命相比传统材料常规热处理工艺提高5~6倍。 热处理工艺（见右下图） 热处理后硬度为50~59HRC
3、冷作模具的强韧化处理工艺 （1）低温淬火工艺 相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。 工艺特点：相对传统淬火加热温度低20~30℃。 性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具 脆断、脆裂倾向性。 典型冷作模具钢低淬低回工艺见表2-46 （2）高温淬火工艺 对于某些冷模钢，如T7A~TI0A、GCr15等，采用 高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧性 和耐磨性，从而提高模具寿命。
5、大型拉深凹模的热处理
模具的外形尺寸见下图：
失效形式：R处的磨损 硬度要求：55~60HRC 选材：原采用Cr12钢，拉深发生粘料现象，后 改用QT500-7的铸态高强度球墨铸铁。
热处理工艺 采用双介质淬火和马氏体等温处理工艺（见下图） 由于是铸铁，加热时 要预热，冷却时需预冷。 为了防止淬火开裂，采 用了盐水和油双介质冷却及 图2~42 马氏体等温淬火。 淬火后硬度54~58HRC，由于铸铁中含有游离态 石墨，提高了润滑性能，使模具的耐磨性大大提高。 使用效果 与Cr12钢相比，模具寿命提高了10倍以上。 冷作模的选材、强韧化处理与使用寿命关系的实例 参见表2~53