模具钢的热处理
根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。模具钢的常规热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。由于真空热处理技术具有防止加热氧化、不脱碳、真空除气、变形小及硬度均匀等特点，近年来得到广泛的推广应用。
1.退火工艺
退火一般是指将模具钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后使其缓冷至室温，获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。其组织为铁素体基体上分布着碳化物。目的是消除钢中的应力，降低模具材料的硬度，使材料成分均匀，改善组织，为后续工序(机加工、冷加工成形、最终热处理等)做准备。
退火工艺根据加热温度不同可分为：
1）完全退火 将模具钢加热到临界温度Ac3以上20~30℃，保温足够的时间，使其组织完全奥氏体化，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。其目的是为了降低硬度、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、改善切削加工性能和冷塑性变形性能，为后续热处理或冷加工做准备。
2）不完全退火 将钢加热到Ac1~Ac3（亚共析钢）或Ac1~Accm（过共析钢）之间，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近于平衡组织的热处理工艺。不完全退火用于过共析钢和合金钢制作的模具。
3）等温退火 将钢加热到临界温度以上，保温足够的时间，使其组织完全奥氏体化，然后在低于Ac1温度以下的适当温度进行保温，使奥氏体在此温度下进行等温转变，完成组织转变,然后从炉中取出空冷。等温退火的特点是可以缩短退火时间，最适合用于合金工具钢、高合金工具钢模具，有利于获得更为均匀的组织和性能。
(4)球化退火 是使钢中的碳化物球化，获得球状珠光体的一种热处理工艺，它实际上是不完全退火的一种。球化退火主要应用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是为了降低硬度、改善切削加工性能，以及获得均匀的组织，改善热处理工艺性能，为以后的淬火作组织准备。图9.1.1为三种常用的球化退火工艺。
图
2.正火工艺
正火工艺是将钢加热到Ac3(对于亚共析钢)或Accm(对于过共析钢)以上适当的温度，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，得到珠光体类型组织的热处理工艺。
正火与完全退火相比，两者的加热温度基本相同，但正火的冷却速度较快，转变温度较低。冷却方式通常是将工件从炉中取出，放在空气中自然冷却，对于大件也可采用鼓风或喷雾等方法冷却。因此，对于亚共析钢来说，相同钢正火后组织中析出的铁素体数量较少，珠光体数量较多，且珠光体的片间距较小，对于过共析钢来说，正火可以抑制先共析网状渗碳体的析出。钢的强度、硬度和韧性也比较高。正火工艺规范如图9.1.2所示。
3.淬火与回火
淬火和回火是模具钢或模具零件强化的主要手段。
将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的速度进行冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。回火是淬火工艺的后续工序，是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度(根据回火后的组织和性能要求而定)，充分保温后，以适当的速度进行冷却的热处理工艺。淬火工艺的关键是要控制加热速度、淬火温度、保温时间以及冷却速度。
(1) 淬火温度的确定
淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火加热温度主要根据钢的临界点来确定。表9.1.1 为常用模具钢的相变点及淬火加热温度。另外，淬火温度还应考虑模具的形状尺寸、原始组织等因素。
（2）淬火时间的确定
淬火加热时间通常将工件升温和保温所需的时间计算在一起，而统称为加热时间。影响加热时间的因素很多，如加热介质、钢的成分、炉温、工件的形状及尺寸、装炉方式及装炉量等。淬火加热时间参见有关热处理手册。
（3）淬火介质
为了使钢获得马氏体组织，淬火时冷却速度必须大于临界冷却速度。但是。冷却速度过大又会使工件内应力增加。产生变形或开裂。
工件淬火冷却时要使其得到合理的淬火冷却速度，必须选择适当的淬火介质。淬火介质种类很多，常用的淬火介质有水、NaCl（5%~10%）水溶液、NaOH (10%一50%)水溶液以及各种矿物油等。模具淬火可以在水、油或空气中进行。
（4）回火
回火是紧接淬火的一道热处理工艺，大多数淬火模具钢都要进行回火。目的是稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同模具的性能要求。
决定模具回火后的组织和性能最重要的因素是回火温度。回火可分为低温、中温和高温回火。
1）低温回火 钢大部分是淬火高碳钢和淬火高合金钢。经低温回火后得到回火马氏体，具有很高的强度、硬度和耐磨性，同时显著降低了钢的淬火应力和脆性。冷冲压、冷镦、冷挤压模具，需要相当高的硬度和耐磨性，常采用低温回火。
2）中温回火 中温回火后模具的内应力基本消除，具有高的弹性极限、较高的强度和硬度、良好的塑性和韧性。中温回火主要用于热锻模具。
3）高温回火 压铸模和橡胶模要求较高的强度和韧性，常采用高温回火，回火时间一般不少于1h。
4．真空热处理
在热处理时，被处理模具零件表面发生氧化、脱碳和增碳等效应，都会给模具使用寿命带来严重的影响。为了防止氧化、脱碳和增碳。利用真空作为理想的加热介质，制成真空热处理炉。零件在真空炉中加热后，将中性气体通入炉内的冷却室，在炉内利用气体进行淬火的为气冷真空处理炉，利用油进行淬火的为油冷真空处理炉。
近年来，真空热处理技术在我国发展较为迅速。它特别适合用于模具的热处理工艺。模具钢经过真空热处理后具有良好的表面状态，其表面不氧化、不脱碳，淬火变形小。而与大气下的淬火工艺相比，真空淬火后，模具表面硬度比较均匀，而且还略高一点。真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。真空淬火后，钢的断裂韧度有所提高，模具寿命比常规工艺提高40%~400%，甚至更高。模具真空淬火技术在我国已得到较广泛的应用。
（1）真空热处理的特点
1）因为在真空中加热和冷却，氧的分压很低，零件表面氧化作用得到抑制，从而可得到光亮的处理表面。
2）在大气中熔炼的金属和合金，由于吸气而使韧性下降，强度降低，在真空热处理时，可使吸收的气体释放，从而增加了强度和韧性，提高了模具的使用寿命。
3）真空热处理淬火变形小。如W6Mo5Cr4V2钢凸模真空热处理后，在氮气中冷却，变形实测结果表明，只要留0.08mm磨削余量即可。冷作模具钢制成的凹模，变形量为盐浴淬火变形量的1/3~1/5。
4）由于在密封条件下处理，有无公害和保护环境等优点。
5）真空中的传热只是发热体的辐射，并非以对流、传导来传热、因此零件背面部分的加热有时会不均匀。
（2）真空热处理设备
真空热处理技术的关键是采用合适的设备(真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉)。真空加热最早采用真空辐射加热，后来逐步发展为真空辐射加热、负压载气加热、低温阶段正压对流加热等。
1）真空退火炉 真空退火炉的真空度为10-2~10-3Pa，温度的升降应能自动控制。热处理工艺与非真空炉退火工艺基本相同。
2）真空淬火炉 真空淬火分为油淬和气淬。油淬时，零件表面出现白亮层，其组织为大量的残余奥氏体，不能用560℃左右的一般回火加以消除，需要更高的温度(700~800℃)才能消除。气淬的零件表面质量好，变形小，不需清洗，炉子结构也较简单。对于高合金或高速钢模具零件，应选用高压气淬炉。
3）真空回火炉 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力学性能，如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。