模具钢的热处理与表面处理技术

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【摘要】目前，随着工业技术的发展迅速，我国的模具工业也发展的十分循序，其总产值仅次于日本和美国，列世界第三位。然而即使这样，依然难以满足国内的市场需求，并且同发达国家相比，我国的模具技术和寿命还有一定的差距。本文主要选取了目前广泛应用于生产的两种钢，通过系统的研究其组织性能和热处理工艺质检的关系，从而提出优化现有的热处理工艺方案。对这两种钢在实际生产过程中的热处理工艺的制定具有一定的指导作用。
　　【关键词】模具；模具寿命；热处理技术
　　伴随工业技术的发展，国内外的制造工业为了降低生产成本、提高产品质量、生产效率以及材料的利用率以在竞争者取得优势，纷纷采用了各种新型的工艺技术。这些新工艺技术的广泛应用，极大促进了我国模具工业的发展，在较短的时间内一跃而成为仅次于日本和美国的第三大模具生产国。然而即使这样，依然难以满足现阶段的国内市场需求，并且同发达国家相比，我国的模具技术和寿命还有一定的差距。因此，我们急需采取措施来提高国内生产的模具的寿命。可从提高模具材料性能和设计制造水平，以及采用热处理技术等方面来进行。
　　一、热处理对模具的性能影响
　　模具性能会受到热处理技术的影响，因为通过热处理可以增加模具钢的韧性，从而模具的寿命就会大幅度提高，因此，对模具钢的热处理技术的研究是当前提高我国模具工业技术水平，发挥现有材料的潜能是一条非常有效地方法。当前我国模具工业的主要模具大致有两类：塑料模具和热作模。相对来说，而模具的工作条件更加恶劣复杂些，由于他们均需要与加热的坯料或者液态金属进行直接的接触，并且在整个过程中还会被反复的加热和冷却，同时还有来自冲击载荷的作用，因而热模具钢的性能要求要更为苛刻，才能满足热模具的使用。普遍存在于当前热做模具的问题就是高温磨损、冷热疲劳会经常失效屠户局部强度不够而造成坍塌。如要解决这些问题，就必须研究并开发出一种新型的热作模具钢材料。然而在我国当前现有的材料基础上，还可以通过热处理及表面处理技术来使模具的各项性能指标得到改善和提高，从而促进模具使用寿命的提高。
　　二、特殊性能热作模具钢
　　随着新技术的发展，对模具的要求也更为严格，由于一些普通热作模具钢已经难以满足其要求，所以制造热模具必须要采用具有特殊性能的钢种，才能达到技术要求，从而提高使用寿命。目前具有特殊性能热作模具钢包括基体钢、析出硬化钢等，而我国也开发出了一些具有优良性能的钢种，例如基体钢5Cr4Mo3SiMnVAl，它在工作室，温度甚至可以超过700℃，热稳定性和断裂韧性都比较高，用作热作模具钢时使用效果也大大增加了。此外，还有PH钢，这有由我国自主研制出的属于析出硬化型的热作模具钢，在用于制作压力机锻模中可以使模具的寿命比采用5CrNiMo时高出1到1.5倍。而对于奥氏体型热作模具钢，它比马氏体型热作模具钢在热稳定性和高温强度方面具有更大的优势，当使用温度超过700℃后仍然不会被分解。因此，在现有的热模具材料中，奥氏体热作模具钢开始被广泛采用，而我国在这一方面也有一定的成就，例如5Mn15、AH就是具有代表性的热作模具钢。
　　三、热处理与表面处理技术
　　热处理技术可以使模具具备必要的强度、韧性以及耐磨性，从而使模具寿命大幅度提高。伴随现代技术的发展，热处理技术的发展也十分迅速，传统的热处理工艺正在被革新。由于淬火温度的升高，以及H13钢的热强性和断裂韧性等能力明显的有所增强，因此热门逐渐发展了高温淬火工艺。原来的普通球化退火被替换成高温淬火高温回火，然后再进行普通的淬火和回火，也就是双重淬火工艺，此种技术可以使冲击韧性几乎不降低，就可以获得最大的断裂韧性，而其硬度也比普通热处理要高。除了以上发展于传统工艺基础上的热处理工艺外，由于科技的进步和发展，开始涌现出一些新的热处理工艺技术，例如强烈淬火和深冷处理技术等。而这些新技术的特性都非常优良，应用前景十分看好。强烈淬火技术有着极大的冷速，但是可以避免开裂和减少畸变，使钢的力学性能得到显著提高、零件的使用寿命也得到延长。并且在大多数情况下，强烈淬火技术还具有节能、高效、环保等功效，因而其前景十分广阔。
　　此外还有模具表面气相沉积强化的研究，气相沉积主要分为化学气相和物理气相两种沉积。对该方面的研究主要是在模具的表面采用这些方法技术形成一层陶瓷涂层，然而陶瓷涂层的应用有一个大的问题，就是陶瓷涂层在热膨胀性能上难以与模具钢基体相匹配，这就容易引起涂层的早期开裂失效。一个比较有效地方法就是在陶瓷涂覆前进行等离子渗氮，使得陶瓷涂层与基体结合力得到提高，从而也可以显著提高模具寿命，使其得到广泛研究。不过由于无论是还单层、多层、或是与渗氮复合等各种陶瓷涂层都难以避免引起与基体热膨胀性能之间有所差异，所以也几乎不可避免模具热疲劳性能受到影响。针对于此，也有人提出了一种复合涂层系统设计方案，复合涂层系统不仅可以使压铸模表面具有抗焊合等功能，还能够使传递至模具的热量有所减少。从而使模具的温度变化有效减缓，模具钢的热疲劳抗力相应得到提高。
　　四、结论
　　综上所述，热处理对模具的性能具有非常重要的作用，热处理技术的应用，可增强模具必要的韧性，使模具的寿命大幅得到延长，因此，对模具钢的热处理技术的研究是当前提高我国模具工业技术水平，发挥现有材料的潜能是一条非常有效地方法，并且势在必行。
　　参考文献：
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