碳素工具钢的热处理及其应用

碳素工具钢的热处理及其应用

在机械工业生产中会使用各种各样的冲模，通常的冲裁模大多采用Ｔ10Ａ，模具制作的好坏，直接影响着生产效率的提高。根据多年的实践经验，冲模失败的原因，大都集中在尺寸磨损及镦粗折断现象。造成这些失效的原因是多方面的，正确选材、采用合理的锻造方法、制定和改进热处理工艺，对提高模具的使用效能，延长模具使用寿命尤为重要。现就以Ｔ10Ａ为材质的冲孔及落料模为例，根据模具使用条件、所要求的机械性能、及模具制造过程中所采取的热处理工艺等几个方面进行分析说明。

冲裁模工作条件

落料、冲孔和修边模、刃口经多次冲击、摩擦和弯曲应力，多数模具需要有复杂的形状和精确的尺寸，冲孔和落料冲头、经受压、弯、冲击和磨损。下料剪切经受磨损、压缩和弯曲载荷。

冲裁模使用性能及材料要求

由于冲裁模在冲裁时模具承受很大的摩擦力及弯曲应力，因此要求具有高的弯曲和抗压强度、高的耐磨性及足够的韧性，硬度要大，同时希望热处理变形小，价格要低廉。根据冲裁模的工作条件和性能要求，选用Ｔ10Ａ为冲裁模模具材料，由于该材料具有高的强度和耐磨性，容易锻造和切削加工，而且价格便宜，因而广泛采用。碳素工具钢含碳量高，其塑性与结构钢相比较差，为减轻热处理时的淬裂现象，碳素工具钢的纯洁度要求严格，对Ｓ、Ｐ含量一般均限制在0 02%～0 03%以下。

毛坯的制作

冲裁模，一般要经过锻造进行毛坯操作，碳素工具钢一般锻造性能良好，锻造过程中对表面脱碳要严加注意，加热时间要尽量缩短，其次要严格控制锻压比，一般要大于4，锻造后，空气冷却。始锻1200℃，终锻800℃。

热处理工艺

1 预先热处理

锻造后为了给后序的加工、最终热处理工序作好准备，应消除锻件内的应力，改善组织，并使其具有合适的硬度和稳定细小的组织，以利于机械加工。因此锻件要在毛坏状态下进行预先热处理。Ｔ10Ａ碳素工具钢，一般采取球化退火，使渗碳体成球状均匀分布，若锻件沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，消除网状碳化物，然后进行球化退火。通常采用球化退火，以获得铁素体机体上分布的细小均匀的粒状碳化物组织。

2 淬火

(1)淬火温度

Ｔ10Ａ淬透性低。需要用水冷却，容易产生变形和淬裂，另外碳素工具钢对过热敏感，晶粒容易长大，其淬火温度一般是在碳化物与奥氏体共存的两相区内，这是由于碳化物的存在不仅可以阻止奥氏体的长大，使碳素工具钢保持较小晶粒，从而能在高硬度条件下保证具有一定的韧性；而且剩余碳化物的存在也有利于模具耐磨性的提高。为防止过热，选取最低的淬火加热温度(760～780℃)，是获得最好机械性能的关键，为防止淬火开裂，必须在淬火方法上实现均匀冷却。

(2)加热、保温时间的确定

由于加热时间与模具的材质、工件大小有关。升温时间因工件大小而异，保温时间依材质而不同，加热时间不可取一定值，加热时间的长短直接影响模具的组织性能。为保证Ｔ10Ａ冷作模具基体奥氏体化，碳化物溶解，必须有一定保温时间，保温时间本公司采用15～25ｍｉｎ。日本大和久等所著《热处理108招秘诀》提出了一些便于生产应用的加热时间公式：

升温时间=ｆ(模具工件尺寸，30ｍｉｎ/25ｍｍ)

保温时间=ｆ(钢材材质)(ＳＫ工具钢10～15ｍｉｎ，该公司采用15～25ｍｉｎ)

ＳＫ钢材加热时间=保温时间+升温时间

对于Ｔ10Ａ冷作模具加热时间=30ｍｉｎ/25ｍｍ+15～20ｍｉｎ

3 回火

模具在淬火或电火花加工后应及时进行回火处理，回火温度应根据模具的硬度性能要求选择不同的回火温度，以获得不同强度、韧性及硬度要求，Ｔ10Ａ碳素工具钢在不同回火温度下的硬度如表所示。

表 Ｔ10Ａ碳素工具钢在不同回火温度下的硬度

钢号 达到下列硬度(ＨＲＣ)范围的回火温度/℃

45～50 50～54 54～58 58～62

Ｔ10Ａ

360～380 300～320 250～270 160～180

另外，同其它冷作模具钢一样，碳素工具钢在200～300℃范围内回火时，产生回火脆性，导致韧性下降，凡对韧性有一定要求的碳素工具钢模具，应避开此回火温度。

因此，

(1)在小批量生产的条件下，冲压模具选材时，在考虑满足使用性能的前提下，选择Ｔ10Ａ碳素工具钢花钱少，能够降低生产成本。

(2)在模具制作的过程中应根据模具的使用条件和性能要求，采用合理的锻造方法，制定和改进热处理工艺，对提高模具的使用效能，延长模具使用寿命尤为重要。