冷冲压模具的热处理工艺

5.1 冷冲压模具的常规热处理工艺

1退火

将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。

火、扩散退火和去应力退火等等。各种退火的加热温度围和工艺曲线如图5-1所示。

（1）完全退火

完全退火又称重结晶退火，是把钢加热至Ac

3

以上20-30℃，保温一定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺。亚共析钢经完全退火后得到的组织是F＋P。

完全退火的目的在于，通过完全重结晶，使热加工造成的粗大，不均匀的组织化和细化，以提高性能；或使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷却速度缓慢，还可以消除应力。

45钢经锻造及完全退火后的性能见表5-1

状态σ

b

/MPa σ

s

/MPa Б

5

/% Ψ/% a

k

/KJ·m-2 HB

锻造后

完全退火

650-750

600-700

300-400

300-350

5-15

15-20

20-40

40-50

200-400

400-600

≤229

≤207

完全退火主要用于亚共析钢，过共析钢不宜采用，因为加热到Accm以上慢冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。

（2）等温退火

等温退火是将钢件或毛坯加热到高于Ac

3

(或Ac

1

)的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。

等温退火的目的与完全退火相同，但转变较易控制，能获得均匀的预期组织；

图5-1 碳钢各种退火和正火工艺规示意图

对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。

（3）球化退火

球化退火为使钢中碳化物球状化的热处理工艺。

球化退火主要用于过共析钢如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。

球化退火一般采用随炉加热，加热温度略高于Ac

1

，一边保留较多的未溶碳化物粒子或较大的奥氏体中的碳浓度分布不均匀性，促进球状碳化物的形成。若加热温度过高，二次渗碳体易在慢冷时以网状的形式析出。球化退火需要较长的

保温时间来保证二次渗碳体的自发球化。保温后随炉冷却，在通过Ar

1

温度围时，应足够缓慢，以使奥氏体进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成粒状渗碳体。

（4）扩散退火

为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行冷却的热处理工艺，称之为扩散退火或均匀化退火。

扩散退火的加热温度一般选定在钢的熔点以下100 ℃---200 ℃，保温时间一般为10h--15h。加热温度提高时，扩散时间可以缩短。

扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。

（5）去应力退火

为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余应力而进行的低温退火，称之为应力退火。去应力退火是将钢件加热至低于

Ac

1

的某一温度（一般为500 ℃--650 ℃)，保温，然后随炉冷却，这种处理可以消除约50%--80%的应力，不引起组织变化。

2.正火

钢材或钢件加热到Ac

3（亚共析钢）、Ac

1

（共析钢）和Accm（过共析钢）以

上30 ℃--50 ℃，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称

为正火。正火后的组织：亚共析钢为F+S，过共析钢为S+Fe

3C

Ⅱ。

正火与完全退火的主要差别在于冷却速度快些，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理，一般应用于以下方面：

（1）作为最终热处理正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，机械性能要求不很高时，可以正火作为最终热处理。

（2）作为预先热处理截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行淬火，以消除氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火做组织准备。

（3）改善切削加工性能低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高硬度，改善其切削加工性能。

3.淬火

将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火是钢的最重要的强化方法。

（1）淬火工艺

{1} 淬火温度的选定

在一般情况下，亚共析钢的淬火加热温度为Ac

以上30 ℃---50 ℃ :共析

3

图5-2 钢的淬火温度围

以下时，淬火组织中会保留自由铁素体，使钢的硬度降亚共析钢加热到Ac

3

以上两相区时，组织中会保留少量二次渗碳体，而有利低。过共析钢加热到Ac

1

于钢的硬度和耐磨性，而且，由于降低了奥氏体中的碳质量分数，可以改变马氏体的形态，从而降低马氏体的脆性。此外，还可减少淬火后残余奥氏体的量。若淬火温度太高，会形成粗大的马氏体，使机械性能恶化；同时也增大淬火应力，使变形和开裂倾向增大。

{2}加热时间的确定

加热时间包括升温和保温两个阶段。通常以装炉后炉温达到淬火温度所需时间为升温阶段，并以此作为保温时间的开始，保温阶段是指钢件温度均匀并完成奥氏体化所需的时间

{3}淬火冷却介质

常用的冷却介质是水和油。

水在650 ℃---550 ℃围冷却能力较大。因此易造成零件的变形和开裂，这是它的最大缺点，提高水温能降低650 C---550 C围的冷却能力，但对300 ℃----200 ℃的冷却能力几乎没有影响。这既不利淬硬，也不能避免变形，所以淬火用水的温度控制在30 ℃以下。水在生产上主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。

淬火用油为各种矿物油（如锭子油、变压器油等）。它的优点是在300 ℃--200 ℃围冷却能力低，有利于减少工件变形；缺点是650 ℃---550 ℃围冷却能力也低，不利于钢的淬硬，所以由一般用作为合金钢的淬火介质。

为了减少零件淬火时的变形，可用盐浴作淬火介质。常用碱浴、硝盐浴的成分、熔点及使用温度见表5-2.

熔盐成分熔点/℃使用温度/℃

碱浴80%KOH＋20%NaOH＋130 140-250