1.3.4 模具鋼材的熱處理

一般情況下，注塑模用預硬鋼（經硬化及回火）即可，鋼材在出廠前已經過熱處理，模具制造中不必再熱處理，能保證加工后獲得較高的形狀和尺寸精度，也易于拋光。但如果模具壽命和精度要求都很高時，可對型腔進行滲氮等表面處理或對內模鑲件進行熱處理。

1.模具材料的表面處理

表面處理是指以加熱或化學處理方法，使模具表面在一定厚度范圍內硬度增加的方法。表面處理方法有滲碳淬火、高頻淬火、火焰淬火、氮化處理及鍍金等。

1）滲碳淬火

低碳鋼或表淬火鋼，如低鎳鋼或鎳鉻鋼等低含碳量的鋼，在適當的滲碳劑中加熱，增加含碳量。滲碳劑中以850～900℃加熱8～l0h，則鋼表面起滲碳層約2mm深。滲碳層深度是指鋼表面至硬度50HRC處的距離，此距離稱為有效硬化層深度。滲碳作業后常以淬火處理使滲碳部硬化，不需滲碳部可以用鍍銅來防止。

2）高頻淬火

高頻淬火，是借高頻感應電流將鋼材表面加熱，達淬火溫度的瞬間，停止加熱，再用適當的淬火液急冷。通常用于含碳量0.4%～0.5%的碳鋼，碳鋼、合金鋼都有效。使用高頻淬火的模具零件有導柱、復位桿、斜導柱等。

3）火焰淬火

火焰淬火是氧氣、乙炔火焰將需要硬化的表面急速加熱至淬火溫度，再以水急冷淬硬。火焰淬火的特點：只將零件外表面淬火硬化，淬火應力小，可用于任何形狀、大小之鋼制品，也可利用火焰進行退火、回火。火焰淬火有全面同時淬火與移動淬火。全面同時淬火適用于較小的處理面，將全面同時加熱，再將該面冷淬硬。移動淬火用于不能同時硬化處理的大面，依次移動加熱和冷卻而達到淬硬目的。火焰淬火適用于不易全面淬火的模具之局部淬火，或僅滑動摩擦面之淬火，可增高耐磨性，延長模具壽命。

4）滲氮

對型腔表面進行滲氮，可得到較高的表面硬度和耐磨性，耐蝕性也較良好。滲氮后無需再進行熱處理，故可以在型腔全部加工完成后進行。

滲氮有下列幾種。

（1）氣體氮化（滲氮）。鋼材應含Cr、Ti、Al、V、Mo等合金元素。處理溫度：495～570℃；回火溫度：520～590℃；表面硬度：900～1000HV；有效硬化層深度：0.3mm；時間：48h；變形量：無。

（2）液體氮化。處理溫度：560～580℃；時間：2～3h；有效硬化層深度：0.01～0.02mm；表面硬度：900～1000HV。

（3）軟氮化。任何鋼鐵材料皆可做軟氮化處理，可分為液體、氣體、軟滲氮。液體軟滲氮（又稱氮化），是無毒處理法。處理溫度：570～580℃；處理時間：1～3h；淬火液：鹽浴；化合層：Fe2.3（C,N,O）；內部擴散層：Fe4N；表面化合層硬度：900～1000HV；深度：0.01～0.03mm。

5）電鍍

電鍍是不將鋼加熱硬化處理，而是以其他金屬鍍覆在鋼的表面，增加表面硬度、降低表面粗糙度，增強耐蝕性和耐磨性等的表面處理方法。

（1）鍍硬鉻（鋼材表面形成保護膜）。將模具欲鍍部分浸入以無水鉻酸為主體的電鍍溶液中，通電流，在模具材料表面析出鉻。鍍鉻層比普通鍍鉻層厚，約0.01～0.02mm，硬度為900～1000HV。鍍硬鉻的特性如下：

① 鍍鉻后的表面制品脫模性能極好。

② 耐磨性高，不易刮傷。

③ 對鹽酸、稀硫酸以外的藥品具有耐蝕性。

④ 鍍鉻過的模具表面所得的成型品有良好的光澤，具有商業價值。

（2）鍍鎳。此法不經電解作用，用化學方法實行鍍鎳（如無電解鍍鎳法）。鎳被還原，形成表面鍍覆層。這種鍍鎳特點如下：

① 鍍層均勻，不會產生像電鍍那樣的鍍層差的現象。

② 表面不產生針孔，光滑而硬。鍍層硬度有時可達500HV左右，施行熱處理者可上升至800～900HV。

③ 附著性良好，不易脫落。

④ 耐蝕性良好。鍍層的化學穩定性幾乎與純鎳一樣。

2.模具鋼材的熱處理

1）淬火

淬火是將鋼加熱到AC3或AC1以上某一溫度，保溫后快速冷卻，獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。

淬火的目的：為了獲得馬氏體和下貝氏體，然后通過適當地回火，獲得所需的力學性能。

淬火注意事項：

（1）在淬火前，模具必須先進行粗加工，鉆好工藝孔、內模鑲件螺孔、冷卻水孔、推桿孔、鑲件孔等。

（2）工件上盡量避免內部尖角，一般保證R至少為0.5mm，以免淬火后裂開。

（3）淬火后，必須檢查變形量，變形量必須在許可范圍內。

（4）淬火后必須檢測模具硬度。

（5）淬火后必須回火。

2）回火

回火是將淬火后的鋼加熱到AC1以下某一溫度，保溫到組織轉變后，冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火的目的：

（1）減少或消除內應力，防止變形和開裂。

（2）穩定組織，保證工件在使用時不發生形狀和尺寸變化。

（3）調整力學性能，適應不同零件的需要。

淬火后進行回火的原因：淬火后得到的組織為馬氏體和下貝氏體，馬氏體和下貝氏體都是亞穩態組織，在一定條件下會自發轉變為穩定組織。若淬火工件不回火，則過一段時間后，馬氏體和下貝氏體發生轉變，導致工件形狀、尺寸發生變化。淬火時冷卻速度快，工件存在較大的內應力，必須及時回火消除，以免變形、開裂。

淬火后再進行高溫回火又稱調質。

3）退火

退火就是將鋼加熱到適當的溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。

退火的目的：消除內應力（鑄件、鍛件），為后續工序改善工藝性能，降低鋼的硬度和提高其塑性，從而有利于切削加工和冷變形加工。

4）正火

正火就是將鋼加熱到AC3或ACGM以上30～50℃，保溫一定時間，然后在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火的目的：

① 細化晶粒，提高力學性能。作為普通結構件的最終熱處理。

② 消除過共析鋼的網狀滲碳體，為其他熱處理（如淬火）做組織準備。

③ 調整中、低碳鋼硬度，利于切削加工。

④ 為鋼件淬火返修做組織準備。