模具材料及热处理----工艺分享
1.1金属具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。
1.2合金
由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。
相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。
1.3固溶体
是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
1.4固溶强化
由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
1.5化合物
合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
1.6机械混合物
由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
2.1硬度
金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。
布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
2.1.1洛氏硬度HRA、HRC：
洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。
2.1.2洛氏硬度HRB
洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。
2.1.3维氏硬度HV
维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。
3．金属材料机械性能（或称为力学性能）金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、弹性、刚度、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。
3.1强度
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。
3.2塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。
3.3疲劳
前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。
冲击韧性
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
3.4弹性
金属材料在外力作用下产生不永久变形的能力称为弹性。
3.5刚度
刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力。在工程应用中绝大多数零件都在弹性状态下工作，工作过程中不允许有过多的弹性变形。因此，对材料的刚度都有一定的要求。
4． 钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。
按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：
4.1按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
4.1.1结构钢
用作各种机器零件的钢，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
用作工程结构的钢，包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
4.1.2工具钢
用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
4.1.3特殊性能钢
是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
4.2按化学成分分类
按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
4.2.1碳素钢
按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢
按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
4.3按质量分类
按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。
4.4按冶炼炉的种类
将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。
4.5按冶炼时脱氧程度
将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。
钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。
5. 模具零件及其材料模具由模架和模芯及相关配件组成，模架和配件由专业的厂家按常用的系列规格做好供选择，模具工厂一般只做模芯加工和装配。模具的各种不同主要是在模芯，针对不同形状的产品，模具设计人员把模芯设计成各种形式，如：点进料、直进料、潜进料、滑块、抽芯、直顶出、推板顶出、二次顶出、热流道、气体辅助等，其目的是为了能按产品设计要求成型和方便完整地脱出模具，同时也要考虑到模芯在加工时的易加工性及模具使用的寿命。
模具各部分用的钢材各有不同，模架一般用中碳钢45#或50#，配件用高碳钢加热处理，模芯的钢材用成分较复杂的合金钢，有预硬钢和热处理钢及镜面钢等，其不同的国家用的牌号各不相同，如：NAK80、718、SKD61（日本）P20、H13、（美国）2344、2738（德国）S136、8407（瑞士）等。
现在通常说模具质量的好坏，主要区别在模芯的加工精密程度和模具的反复使用寿命，这又很大程度上依靠精密的加工设备和合理的模具结构设计，当然模具的制造周期也是一个很重要的考虑因素，模具制造的周期因模芯的复杂性由30天到90天不等（在中国），欧洲有的要120天到180天。
德国在模具上现有的优势在设备精密、钢材的优良，不足是劳动力成本高，制造周期长，中国的优势在劳动力成本低，制造周期短，不足是设备不够精良，加工精密度相对较低。
5.1模具标准件材料
模具标准件材料主要有SKD61、SKD61-F、CH13、SKS3、SKH51、FDAC、SUJ2（以上均为日本JIS标准）
5.2模具成型件材料
NAK80、718、SKD61（日本）P20、H13、（美国）2344、2738（德国）S136、8407（瑞士）等。
6．国内外模具钢材生产情况6.1国产模具钢材介绍：
国产塑料模具钢
类别\牌号中国美国日本瑞典德国用途
塑料模具钢B30 2738用于制造生产批量小，模具载面积不大，尺寸精度及表面粗糙度要求不高的塑料成形模具或模架
B20
501050S50C C50
451045S48C C45
451045S45C C45
B610SM1
40CrG51400SCr440
高级镜面模具钢3-4Cr13420 S-1362083用于制造PVC等腐蚀性较强的塑料模具，透明塑胶及抛光性要求较高的塑料膜。
3Cr2MoP20 40CrMo74钢的纯度高，具有良好的切削加工性能，制成工模具精度高，永不变形。较高的强韧性，适合做大型复杂模具。
P4410P20tNiPDS5S7182738
国产冷作模具钢
类别\牌号中国美国日本瑞典德国用途
冷作模具钢
T7A-T12A
W1-7 W1-1.2C
SK7-SK2
C70W1 C125W
形状简单小型工模具，可选用此材，可保证高强度，耐磨性，足够的韧性及耐用性。
GCr15
E52100
SUJ2
SKF3
100cr6
60si2Mn
SUP6
60si7
16Mn
电机轴
CrWMn
SKS31
105WCr6
下料模、冲头、成形模、搓丝板顶出杆及小型塑料压模等。
Cr12
D3
SKD1
X210Cr12
应用于小动载条件下要求高耐磨形状简单的拉伸和冲载模。
Cr12MoV
X165CrMov12
下料模、冲头、滚丝轮、剪刀片、冷镦模、陶土模及热固塑料成形模等。
Cr12Mo1V1
D2
SKD11
XW-42
X155CrVMo121
重型落料模、冷挤压模、深拉伸模、滚丝模、剪刀片、冷镦模、陶土模等。
国产热作模具钢
类别\牌号中国美国日本瑞典德国用途
热作模具钢
5CrMnMo
用于制造形状简单，厚度小于250毫米的小型锤锻模。
5CrNiMo
L6
用于制造商形状简单，工作温度一般，厚度在250～350毫米之间的中型热锤锻模块。
5CrNiMoV
SKT4
56CrNiMoV7
用于制造厚度＞350毫米，型腔复杂，受力载荷较大的大型锤锻模或锻造压力机热锻模。
4Cr5MoSiV1
H13
SKD61
8407
X40CrMoV51
用于制造冲击载荷较大，型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用模具或镶块；以及铝合金挤压模，铝镁锌等金属长寿命压铸模具，部分高寿命高耐磨塑料模具。
5Cr2NiMovSi
用于锻锤模具钢具有良好的韧性，强度和耐磨性，淬透性，适用于制作工作。大面积复杂形状，承受冲击负荷重的大、中型，锤锻模用材，5CrNiMo。5CrMnMo、H13等热模钢1.5倍～2.5倍。
55NiCrMoV6
2713钢
45Cr2NiMoVSi
6.2部分进口钢材介绍：
HITACHI钢材
日立金属所出产之安来钢YSS，是同精选之高纯度的“真砂铁矿砂”通过自创的“低温还原法”精练，成功创出YSS海棉铁作为原铁，令钢中杂质含量减到极少。并使用高质电熔炉及精密仪器提练，所有练制步骤（如热作、冷作、热处理）均经严格控制。高质量之水平可在钢材身上反映出来。
我们并能为顾客生产特别要求之钢材，我们之品质保证系统及技术支援服务使YSS钢材在世界不同市场上赢取到极高之信誉。
[各项同性]
我们称这新技术研究成果为“各向同性”钢材。“各向同性”工具钢和可塑性钢之名称是因其能减少纵向锻炼间之机械性能差异，使其质量更普通钢材。其所制造之产品，均能达到更稳定之机械特性及更长之使用寿命。故此，这种新钢材已得到曾经使用过之客户极高评价。
HPM7新型预硬P20塑料模钢
出厂硬度特 征用 途
预硬处理HB300-330切削性、焊接性优越钢材；洁净度高，具有良好的镜面精加工性能；严格挑选化学成分，经新技术特别提炼后，能提高钢材本质延伸性、韧性、及溶接性、不易爆裂；大尺寸模具中心部位也同样有相对硬度。因设计变硬，而需要焊接频繁模具；汽车部件如尾灯、表盘；家电如电视机体、空调机壳和电话等；其它：大型日用品、胶卷、容器、导管等。
HPM50卓越表面质量P21塑料模具钢
出厂硬度特 征用 途
预硬处理HBC36-41最适用于镜面抛光加工的预硬化钢；放电加工特性佳：经处理后的表面非常好，可取代蚀花加工、在进行放电（电火花）加工后，表面硬度不会增加，可简化其后的加工工序；组织均匀，最适用于精密蚀花加工；焊接性佳，表面不会硬化；韧性优良，机械特性卓越。镜面抛光模具：防尘盖、电视机滤光板、化妆品盒、家电等；精密皱纹加工模具：办公室自动化设备、汽车零件等。
HPM38高优质镜面塑料模具钢(420 ESR)
出厂硬度特 征用 途
预硬处理HB300-330镜面抛光特性极佳；耐腐蚀性优良的电渣重熔13铬钼不锈钢，不需镀铬；热处理变形极少，是精密模具最佳选择；防锈性高，不需担心模具保管问题；热处理硬度可达HRC50-56。适用于透明、热固和耐热树脂用模具：如化妆品盒、雷射碟片、卡式录音带盒、各种镜片、医疗设备、家电、食品容器等。
DAC特种热压合金模钢(SKD 61)
出厂硬度特 征用 途
处理退火至约HB185用途广泛的通用热加工用工具钢。可抵受溶铝、镁、锌之腐蚀作用及热度之急剧变动。适宜制造铝、镁、锌合金压铸模热或热冲铸工作及热铰刀、轧刀、铰刀、切槽刀、剪刀及热锻冲头等。
SLD高耐磨冷作工具铬钢(SLD 11)
出厂硬度特 征用 途
软性退火至约HB210高耐磨性的通用冷作模具钢；淬火性佳，热处理变形少。此钢易于车削，并宜制锋利刀口、剪刀、圆锯、冷或热作修整模、滚筒边、螺丝纹、线模、铣刀、冲唧模。圆形滚筒，制电力变压器心衡模、切割钢皮轧刀、钢管成型滚筒、特殊成型滚筒、精密规、形状繁杂的冷压工具、心轴、冶金、锡作模、塑料模、螺钉头模等。
SGT不变形耐磨油钢(SKS 3)
出厂硬度特 征用 途
软性退火至约HB190切削性优异的通用冷模。注意大型加工品的淬火唧钢丝电火花加工。此钢热处理后，具有不变形之特性，适宜制造精密工具、精密仪器、精密测定工具，并宜制造铰刀、铣刀、滚筒，冷作拉线模、样板样模、冲孔器、冷作切器、剪刀、木用工具、螺丝模、手盘、各种冲模等。
ACD37冷加工用工具钢
出厂硬度特 征用 途
软性退火至约HB190-220气冷、真空淬火钢。改善了SGT的淬火性及钢丝电火花加工件。此钢热处理后，变形度极低，适宜制造高精密工具、仪器、摩打、各种刀具、板金用模、样板等。
CENAI抗腐蚀性及易切削性塑料模具钢(P21)
出厂硬度特 征用 途
预硬处理HRC40解决了模具腐蚀问题；预硬度高达40HRC的易切削性模具钢；具有极优良抛光，蚀纹及放电加工特性。重视镜面，蚀纹加工性、放电加工性的模具钢、办公室自动化电器用品、通信机器用品、家庭电器用品、汽车用品、化妆品盒、重视长寿命的泛用模具钢、食品容器、橡胶模具。
FDAC快削预硬压铸合金模钢(SLD 61)
出厂硬度特 征用 途
预硬处理HRC38-42出厂硬度高达HRC40，在加工模后且不用热处理可直接生产，增加含硫量令切削性更佳。塑料模插压销，特别交货期极短的压铸零件模具。
一胜百钢材
一胜百之瑞典工厂生产的钢材以其质量享誉全球，718模具钢几乎成了塑料模具最常用的型腔材料，最新生产的HOTVAR热作钢在HRC54-56时能适合在650摄氏度工作。
钢材编号标准出厂
硬度钢材特性主要成份一般用途
CCrNiWMoVMnSiS
718P20改良型HB190-330预加硬纯洁均匀，含Ni约1.0%0.382.01.0-0.2-1.40.3-高抛光度及高要求内模件，适合PA、POM、PS、PE、PP、ABS塑料
718H
S136420ESRHB<215高纯度，高镜面度，抛光性能好、抗锈防酸能力极佳，热处理变形少0.3813.6---0.30.50.8-镜面模及防酸性高，可保证冷却管道不受锈蚀，适合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料，食品工业机械构件
S136HHRC31-35
618P20改良型HB280-320真空除气制炼之合金钢，纯度高，金相结构均匀，抛光容易0.381.9--0.15-1.50.3-有好的机械强度和可机加工性预硬钢，用于冷作钢支承板与支撑物，塑料模架以及要求不高的型腔和型芯。
8407H13改良型HB<180性能优越的热作钢。优秀的韧性和抗龟裂0.385.3--1.30.90.41.0-适宜作压铸模和其他热作模
具。另外，是多用途的有很好的抗磨损性，可抛光性和成型性的模具钢。
DF-22510HB<190冷作钢0.950.6-0.6-0.11.1--多用途冷作钢，适宜作冲头和凹模。
日本大同优质钢材
DAIDO大同JIS日本GB/YB中国DIN德国ALSL美国 主要用途
塑料模具钢PXZ————————通用大型蚀花模具。汽车保险杠。仪表面板。家电外壳。浴槽
PX4——————P20量产用大型镜面模具。汽车尾灯。镜壳。前挡板。透明胶片等
PX5——————P20
NAK55————————高精度镜面模具。。摄相机。音响。化妆容器。透明罩。透明胶片等
NAK80————————
S-STARSUS420J23CR13X40CR13420超镜面抗蚀精密模具。照相机部件。激光唱片。表壳
G-STAR————X36CRMO17——耐蚀模胚用
冷作模具钢YX30SKS93————02冲压模。量规。裁纸刀。辅助工具。拉模。穿孔冲头
GOASKS39CRWMN——01
DC11SKD11CR12MOVX165CRMOV12D2冲压模。冷作成型模。冷拉模。成型扎轮。冲头
DC53SKDII—————D2
热作模具钢DHA1SKD614CR5MOSIV1X40CRMOV51H13压铸模。压铸模关连部件。热挤压模。热剪切刀片
DH21———————长寿命压铸模
DH31-S———————大型压铸模
DH2F———————压铸模。塑料模
DH42———————钢合金压铸模。铜热挤压模
GFASKT45CRNIMO55NICRMOV6L6煅造模。挤压工具。煅锤。剪切刀片
高速工具钢MH51SKH51W6MO5CR4V2S-6-5-2M2钻头。绞刀。丝锥。冲头
MH55SKH55W6MO5CR4V2CO5S-6-5-2-5M36滚刀。拉刀。端铣刀
MH8SKH57——————难切削用车刀。端铣刀
DEX20—— ————冲压模。模具部件。刀具。钻头。丝锥。切齿工具
DEX40————————拉刀。端铣刀。切齿工具。各种刀具。模具部件。冷扎轮
7．模具选材原则7.1满足工作条件要求
7.1.1耐磨性
坯料在模具型腔中塑性变形时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。
硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料有关。
7.1.2强韧性
模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。
模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。
7.1.3疲劳断裂性能
模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。
模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。
7.1.4高温性能
当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度
7.1.5耐冷热疲劳性能
有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。
7.1.6耐蚀性
有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。
满足工艺性能要求
模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。
7.1.7可锻性
具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。
7.1.8退火工艺性
球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。
7.1.9切削加工性
切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。
7.1.10氧化、脱碳敏感性
高温加热时抗氧化性能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。
7.1.11淬硬性
淬火后具有均匀而高的表面硬度。
7.1.12淬透性
淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。
7.1.13淬火变形开裂倾向
常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。
7.1.14可磨削性
砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。
7.2满足经济性要求
在模具选材时，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。
另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。
8．常用热处理方法8.1退火
将钢材加热到一定温度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。
8.1.1完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
8.1.2球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
8.1.3去应力退火
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
8.2淬火
将钢材加热到一定温度，保温一段时间后，在一定介质（水、油等）中冷却的热处理工艺。
淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
8.3正火
将钢材或钢件加热到一定温度以上，保持一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。
8.4回火
将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。
8.4.1低温回火（150－250度）
低温回火其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58－64。
8.4.2中温回火（350－500度）
中温回火其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。
8.4.3高温回火（500－650度）
高温回火习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330。
钢回火的目的：1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。3． 稳定工件尺寸 4． 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
8.5时效
合金经热处理后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
8.6钢的碳氮共渗
碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
8.7氮化（气体氮化）
氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。
它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。
氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。
氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。
由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。
钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850,耐磨性好。氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多。
8.9调质处理
一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。
8．模具热处理发展趋势模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的如下性能有着直接的影响。
模具的制造精度：组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。
模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度（硬度）达不到设计要求。
模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。
模具的制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。
正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共同提高。20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。
8.1模具的真空热处理技术
真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料（零件）的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。
按采用的冷却介质不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件（如模具）真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。
对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件（模具），它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。
热处理过程的计算机模拟技术（包括组织模拟和性能预测技术）的成功开发和应用，使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量（甚至是单件）、多品种的特性，以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点，又使得模具的智能化热处理成为必须。模具的智能化热处理包括：明确模具的结构、用材、热处理性能要求；模具加热过程温度场、应力场分布的计算机模拟；模具冷却过程温度场、相变过程和应力场分布的计算机模拟；加热和冷却工艺过程的仿真；淬火工艺的制定；热处理设备的自动化控制技术。国外工业发达国家，如美国、日本等，在真空高压气淬方面，已经开展了这方面的技术研发，主要针对目标也是模具。
8.2模具的表面处理技术
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。
模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现，但在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式，每一种渗氮方式中，都有若干种渗氮技术，可以适应不同钢种不同工件的要求。由于渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。
模具渗碳的目的，主要是为了提高模具的整体强韧性，即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性，由此引入的技术思路是，用较低级的材料，即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料，从而降低制造成本。
硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。为了增加膜层工件表面的结合强度，现在发展了多种增强型CVD、PVD技术。硬化膜沉积技术最早在工具（刀具、刃具、量具等）上应用，效果极佳，多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下，硬化膜沉积技术（主要是设备）的成本较高，仍然只在一些精密、长寿命模具上应用，如果采用建立热处理中心的方式，则涂覆硬化膜的成本会大大降低，更多的模具如果采用这一技术，可以整体提高我国的模具制造水平。
8.3模具材料的预硬化技术
模具在制造过程中进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺，自上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30％（目前在60％以上）。我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块（主要用国外进口产品）。
模具材料的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备，可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面，起步晚，规模小，目前还不能满足国内模具制造的要求。
采用预硬化模具材料，可以简化模具制造工艺，缩短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬化模具材料会用于更多的模具类型。
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