塑料模具热处理工艺研究（3篇）范文

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第一篇：热处理工艺对含镁模具性能的影响

摘要:

为了研究热处理工艺对4Cr5MoSiV1Mg1含镁新型热挤压模具的耐磨损性能和抗热疲劳性能的影响，选用6种不同的工艺对含镁新型热挤压模具进行热处理，并对热处理后的模具分别进行表面硬度测试、500℃高温摩擦磨损试验及热疲劳试验。结果发现:当退火温度从820℃提高到920℃或淬火温度从1000℃提高到1080℃时，模具的表面硬度、耐磨损性能和抗热疲劳性能均先升高后下降;与870℃×8h常规退火相比，采用870℃×2h+700℃×6h等温退火可以使模具的表面硬度增加14%、500℃磨损体积减小45%、网状裂纹级别从2级减小至1级、主裂纹级别从2级减小至1级、热疲劳裂纹级别从4级减小至2级。因此，含镁新型热挤压模具的退火工艺优选为870℃×2h+700℃×6h等温退火，淬火温度优选为1040℃。

关键词:

热挤压;模具;等温退火;淬火;磨损;热疲劳

热挤压是金属材料加热到热锻成形温度进行挤压的工艺，是最早采用的挤压成形技术，在碳钢、合金钢、铝合金、镁合金、钛合金等材料上得到广泛应用。热挤压模具是热挤压产品性能的重要影响因素。热挤压模具在高温、高压、磨损和热疲劳环境下服役，条件恶劣，因此热挤压模具的性能要求严格［1］。H13钢(4Cr5MoSiV1)热挤压模具是普遍采用的一种热挤压模具，但是目前国产H13钢夹杂物含量高、碳化物偏析严重、性能不理想［2－3］。金属镁具有很强的脱氧、脱硫及夹杂物变性能力，能分散和细化碳化物，减轻钢中合金元素的偏聚，提高钢的综合性能。为此，本文以H13钢为基础开发了一种含镁的新型热挤压模具钢。为了进一步探讨热处理工艺对含镁新型热挤压模具性能的影响，本文采用不同的工艺对新型热挤压模具进行热处理，并测试了热挤压模具的硬度、耐磨损性能和热疲劳性能，为含镁新型热挤压模具的热处理工艺优化提供了试验数据和理论依据。

1试验材料及方法

试验材料为含镁新型热挤压模具。该模具的材料是在H13钢中添加适量合金元素镁(Mg)，其牌号为4Cr5MoSiV1Mg1，化学成分为:0.32%～0.45%C、0.80%～1.20%Si、0.20%～0.50%Mn、4.75%～5.50%Cr、1.10%～1.75%Mo、0.80%～1.20%V、0.80%～1.20%Mg、P≤0.03%、S≤0.03%、余量Fe。模具轮廓尺寸为Φ150mm×50mm。模具的退火工艺和淬火工艺如表1所示，回火工艺采用:410℃×2h第1次回火+550℃×3h第2次回火。对不同工艺热处理后的模具，采用HR－150A型洛氏硬度计进行硬度测试。采用UMT－3型高温摩擦磨损试验机进行耐磨损性能测试，测试温度为500℃、摩擦磨损转速为2000r•min－1、摩擦磨损时间为15min、行进速度为90mm•min－1、载荷为100N，摩擦磨损试验后采用JSM6510型扫描电子显微镜观察磨损试样表面形貌。采用WH－VI型高频感应加热炉进行热疲劳试验，在50～500℃进行1000次冷热循环，试验后用PG18型金相显微镜观察试样的热疲劳裂纹形貌，并依据国标GB/T15824—2008［4］进行裂纹评级，依次表征试样的热疲劳性能。

2试验结果及讨论

2.1硬度经不同

退火和淬火工艺热处理后的淬火态模具的表面硬度测试结果如表2所示。从表2可以看出，随退火温度从820℃提高到920℃，模具的表面硬度先升高后下降。与870℃×8h的常规退火相比，870℃×2h+700℃×6h的等温退火可以显著提高模具的表面硬度，模具的表面硬度从54.8HRC增加至62.4HRC，增加了14%，且各点硬度值的均匀性明显提高。从表2还可以看出，随淬火温度从1000℃提高到1080℃，模具的表面硬度先升高后下降，当淬火温度为1040℃时(试样4)，模具的表面硬度达到最大值62.4HRC。

2.2耐磨损性能

采用不同的退火工艺、相同的淬火和回火工艺进行热处理后，模具在500℃的耐磨损性能测试结果如图1所示。从图1可以看出，随退火温度从820℃提高到920℃，模具的500℃磨损体积先减小后增大。从图1还可以看出，与870℃×8h常规退火相比，870℃×2h+700℃×6h等温退火使模具的500℃磨损体积从3.8×10－2mm3减小至2.1×10－2mm3，减小了45%，等温退火处理显著减小了模具的磨损体积，明显提高了模具的耐磨损性能。采用不同退火工艺的试样2和试样4在500℃磨损试验后的表面形貌SEM照片如图2所示。从图2可以看出:采用常规退火处理的试样2在500℃磨损试验后表面出现较多的起皮和较深的磨痕，试样的磨损现象较为严重;而采用等温退火处理的试样4在500℃磨损试验后表面无明显的起皮，仅有细小的磨痕，试样的磨损现象较试样2显著减轻。这与试样的磨损体积测试结果一致。采用不同的淬火工艺、相同的退火和回火工艺进行热处理后，模具在500℃的耐磨损性能测试结果如图3所示。从图3可以看出，随淬火温度从1000℃提高到1080℃，模具的500℃磨损体积先减小后增大。淬火温度为1040℃时，模具的500℃磨损体积最小(21×10－3mm3)，较1000℃淬火(磨损体积36×10－3mm3)减小了42%，较1080℃淬火(磨损体积32×10－3mm3)减小了34%。

2.3抗热疲劳性能

采用不同工艺热处理后的模具在热疲劳试验后的热疲劳裂纹等级如图4所示。从图4可以看出，随退火温度从820℃提高到920℃，模具的热疲劳裂纹级别数值先减小后增大。根据国标GB/T15824—2008［4］，材料的热疲劳裂纹级别数值越小，材料的抗热疲劳性能越好;反之，材料的热疲劳裂纹级别数值越大，材料的抗热疲劳性能越差。因此，随退火温度从820℃提高到920℃，模具的抗热疲劳性能先升高后下降。从图4还可以看出，与870℃×8h常规退火相比，870℃×2h+700℃×6h等温退火可以显著减小模具的热疲劳裂纹级别数值，模具的网状裂纹级别从2级减小至1级、主裂纹级别从2级减小至1级、热疲劳裂纹级别从4级减小至2级，提高了模具的抗热疲劳性能。

2.4讨论与分析

为了改善模具的淬火工艺性能和提高模具淬火的强韧性，在淬火前对模具进行退火处理［5］。如果退火温度过低，难以充分细化晶粒、均匀模具内部的组织及成分，从而无法改善模具的性能及为后续热处理做准备［6］。如果退火温度过高，模具内部的晶粒粗化，使得模具的耐磨损性能和抗热疲劳性能非但不提高反而下降［7］。与常规退火处理相比，模具经过等温退火后得到更加细小的粒状珠光体，并且碳化物更少、组织和成分更加均匀，从而有助于提高淬火态模具的表面硬度，提高调质处理后模具的耐磨损性能和抗热疲劳性能［8］。在淬火处理过程中，淬火温度是一个重要的工艺参数。对模具而言，偏低的淬火温度(1000℃)难以确保奥氏体的合金溶解度，难以充分发挥淬火的作用;适当提高淬火温度(1040℃)，有利于提高奥氏体的合金溶解度，使绝大部分的碳化物固溶，形成细小的碳化物颗粒，从而提高模具的耐磨损性能和抗热疲劳性能［9］。但是，过高的淬火温度(1080℃)，将导致晶粒长大，从而引起模具的耐磨损性能和抗热疲劳性能下降。因此，模具的退火工艺优选870℃×2h+700℃×6h等温退火，淬火温度优选为1040℃。

3结论

(1)随退火温度从820℃提高到920℃，含镁新型热挤压模具的表面硬度、耐磨损性能和抗热疲劳性能均先升高后下降。与870℃×8h常规退火相比，870℃×2h+700℃×6h等温退火使含镁新型热挤压模具的表面硬度增加14%、500℃磨损体积减小45%、网状裂纹级别从2级减小至1级、主裂纹级别从2级减小至1级、热疲劳裂纹级别从4级减小至2级。(2)随淬火温度从1000℃提高到1080℃，含镁新型热挤压模具的表面硬度、耐磨损性能和抗热疲劳性能均先升高后下降。(3)4Cr5MoSiV1Mg1含镁新型热挤压模具的退火工艺优选为870℃×2h+700℃×6h等温退火，淬火温度优选为1040℃。

参考文献:

［1］徐永礼，黄双健，庞祖高，等．圆管铝型材挤压模具失效分析及其热处理工艺优化［J］．锻压技术，2015，40(2):116－122．

［2］陈向荣，何孝美．冷挤压模热处理工艺的研究［J］．热加工工艺，2013，42(8):198－201．

［3］张千锋．基于神经网络热挤压模具钢热处理工艺研究［J］．热加工工艺，2013，42(18):144－146，152．

［5］秦径为，彭谦之，周海涛，等．Mg－8Li－3Al－Y镁锂合金板材热轧及退火组织与性能［J］．稀有金属，2015，39(7):577－582．

［6］李路，王放．外星轮热挤压模具结构及工艺参数联合多目标优化［J］．中国机械工程，2013，24(20):2804－2809．

［7］李德慧，徐振越，裴久阳．热挤压模具钢自身电阻加热方法及试验分析［J］．热加工工艺，2013，42(17):40－42，45．

［8］杨梦娟，陈兴品，孙洪福，等．预退火温度对Ni－5%W合金立方再结晶织构的影响［J］．稀有金属，2014，38(4):609－615．

［9］徐胜利．提高热挤压模具寿命的措施探讨［J］．锻压装备与制造技术，2013，48(6):95－97．

作者:赵平 关云卿 赵国际 单位:重庆工业职业技术学院机械工程学院 重庆大学材料科学与工程学院

第二篇：塑料模具热处理工艺探究

摘要：

近年来，精密塑料制品的需求不断上升，导致塑料模具的需求不断增加，对模具制作工艺的要求也逐渐提高。热处理工艺是塑料模具生产中的重要环节，与模具的生产质量和使用性能息息相关。本文中，我们探讨了塑料模具热处理过程中的重要因素和关键技术，对于推动我国塑料产业的发展具有重要意义。

关键词：

塑料模具；热处理工艺

随着我国塑料产业的快速发展，塑料制品已经广泛应用于我们生活的方方面面，如商品包装、建筑材料、汽车配件等等。近年来，精密塑料制品的需求不断增大，市场潜力十分巨大。相应地，我国塑料模具的市场也不断扩大，对于模具制作工艺的要求也不断增加。热处理工艺是塑料模具制作中的关键环节，与塑料模具的生产质量和使用性能密切相关。

1热处理的重要因素

1.1塑料模具的精度

热处理过程中产生的变形是导致塑料模具精度降低的主要问题。具体来说，在模具进行热处理时，由于各个面的加热速度和冷却速度不同，使各个面出现温度差，导致模具出现体积膨胀不均匀的现象，引发模具组织转变不均匀，因此产生组织应力和热应力。当热处理中产生的残余应力大小超过模具的最大承受范围时，就会导致模具发生变形，使模具精度降低、甚至失效。

1.2塑料模具的强度

塑料模具的热处理工艺是决定其强度大小的重要因素。具体来说，当热处理工艺的选择不合理，热处理过程的操作不规范，或是热处理设备存在故障时，都会降低塑料模具的强度，导致生产的模具不合格。因此，厂家在生产塑料模具时，必须按照模具的不同强度要求，根据不同的模具用材，采用相应的热处理工艺。

1.3塑料模具的使用寿命

塑料模具的热处理工艺也是决定其使用寿命的关键因素。具体来说，当热处理工艺的选择不合理或操作不规范时，会引发模具在热处理过程中产生组织结构不合理和晶粒度超标等问题，使得塑料模具的韧性下降，抗冷热疲劳性降低，抗磨损性变差，最终导致模具的整体性能降低，影响模具的使用寿命。

1.4塑料模具的制作成本

塑料模具的生产成本与热处理工艺密切相关。具体来说，当模具采用了不恰当的热处理工艺或操作不规范时，会导致模具的耐磨性、耐腐蚀性、抗冷热性、韧性、硬度和强度等性能降低，甚至导致模具出现变形、失效。因此，采用合理的热处理工艺能够提高塑料模具的生产质量，从而降低模具的生产成本，提高生产厂家的经济效益。

2热处理的关键工艺

2.1正火工艺

正火工艺也是热处理过程中的重要环节，它和退火时的加热温度类似，但其采用的冷却速度比退火更快。具体来说，当金属模具加热到一定温度时（一般为727和912摄氏度之间），保温一段时间，然后让其在空气中自然冷却，或是通过鼓风、喷雾、喷水等方式加速冷却，最终得到珠光体类型的组织。正火工艺主要是为了让金属模具中的晶粒更加细化，消除热处理工程中产生的残余应力，让模具中的碳化物组织分布更加均匀，使其硬度、韧性和强度增加。

2.2退火工艺

退火工艺是热处理工艺的关键环节，主要应用于金属模具中。具体来说，当金属模具加热到一定温度时，保温一段时间，然后让其慢慢冷却至室温，使其接衡组织。退火工艺的主要作用是去除模具热处理时产生的残余应力，降低他们变形的风险，以提高其精度。此外，退火工艺还可以降低晶粒度，使得模具的组织结构更加合理，增加模具的使用寿命。按照热处理时加热温度的不同，我们可以将退火工艺分为四类，分别是完全退火、不完全退火、等温退火和球化退火。

2.3淬火工艺

淬火工艺是热处理时强化模具硬度的关键环节。具体来说，当金属模具加热到一定的温度（临界温度Ac1和Ac3以上）时，保温一段时间，让模具的组织变成冷奥氏体，然后以高于临界淬火的速度进行加速冷却，让模具组织由奥氏体转变为马氏体或贝氏体。淬火过程必须按照模具的尺寸和材质，合理控制模具加热的速度，淬火的温度，保温时间和冷却的速度，否则会使淬火过程中产生内应力，导致金属模具的变形、开裂。要想获得正确的淬火冷却速度，还要采用合适的淬火介质，工业生产中常用的介质有水、NaCL溶液、NaOH溶液，以及各种矿物油等。

2.4回火工艺

回火工艺也是热处理中强化模具硬度的重要方法，大部分的金属模具在淬火之后都要进行回火过程。具体来说，将淬火后的金属模具加热到一定温度（临界温度以下）时，保温一段时间，然后让其在空气中自然冷却，或是通过喷水、喷油等加速冷却，最终使模具达到稳定状态。回火工艺主要用来降低淬火时产生的应力，以增强模具的韧性、强度和硬度，使模具的性能达到标准。按照回火过程中温度的高低，我们将回火分为三种工艺，分别是低温回火、中温回火和高温回火。

3结语

总得来说，热处理工艺是塑料模具生成中的关键环节，直接影响了塑料模具的生产质量和使用性能。在厂家生产塑料模具的过程中，要综合考虑模具的精度、强度、使用寿命和制作成本等多种因素，选取恰当的正火、退火、淬火和回火工艺，保证塑料模具的生产质量和使用性能。

参考文献:

[1]杜景来.塑料模具的热处理工艺的研究[J].科技致富向导,2015(8):65-65.

[2]陈向荣,何孝美,李梅前.塑料模具热处理工艺的研究[J].热加工工艺,2015(24):208-209.

[3]张先鸣.几种新型塑料模具钢性能及热处理工艺的研究[J].模具制造,2015,15(5):83-86.

作者:张迪 单位:吉林工商学生物工程学院

第三篇：模具制造中热处理工艺的应用

模具制作是工业发展中的基础性产业，对模具制作环节中实施的热加工技术展开系统地分析和归纳，可知恰当有效的热加工过程在很大程度上关联着模具制品的制造质量。力学品质、使用周期和制作费用是代表模具品质及使用周期的基本要素。笔者同时对模具热加工技术在模具制品制作环节中的运用趋势展开估判。

引言

模具制品制作包括各类形式多样的切削处理过程及热处理工艺。在此种繁琐的多环节程序中，牵扯到了很多的热加工步骤及很是繁琐的热加工工序，并且融入到了整个模具制作的全部流程之中。针对模具制品的热加工过程是实现模具应有性能的基本工艺步骤。在模具产品结构、制作材料及使用环境相同的状态下，真正实现热加工效果。运用最有效的热力加工程序是完整展示模具功能潜力、增加模具服役周期的有力步骤。含有缺陷的热处理过程，其不仅实现不了对原有弊病的克服及性能的完善过程，反之却使缺陷扩展和增加并且。迅速蔓延，由此导致模具的制作功亏一篑，事败垂成。所以，模具制作过程中的热加工工序具有其不可或缺的功效。

1提前热加工过程在模具制品制作过程中的运用

模具制品的预先性热加工工艺及其品质可直接紧密关联及左右着模具制品的最后热加工质量及模具产品的实际使用品质。所以，预先热加工是针对模具材料实施整体热力加工过程的关键步骤，是实施模具制品热加工的前提条件。事实证明，没实施较佳的预备型热加工过程，即不可能实现有效的最后热加工质量。

1.1球化退火

此种退火方式重点应用在共析型钢坯及过共析型钢坯，比如碳素型工具钢料、合金型工具钢料及轴承型钢料等，此类型钢料经轧碾、锻打之后在空气中冷却，所获得的结构是片页状态的珠光体和网格渗碳形体，此类结构坚硬而脆化。不但不容易对其进行切削处理而且其在后续淬火环节中还极易发生变形及出现裂缝。而实施球化式退火过程所获取的是球形状态的珠光体结构。其中部分渗碳钢体显现成球形状零散颗粒，零散粘连在铁素体的本体之上，与片页状珠光球体作比较，其不仅显现出硬度小，容易进行切削处理过程，并且在实施淬火提温时，其奥氏体晶体颗粒不容易生长，降温时其工件产生变形及开裂趋势很小。再有，针对那些亟待调整受冷发生塑性形态变化(比如冲击压缩、冷态镦砸等过程)的亚态共析型钢在特定时限亦应选取球式退火处理过程。

1.2消除结构应力退火处理

实施消除结构应力退火过程，其目的是为了抵消因为之前经历的塑性型形变处置、焊接过程等所引起的，还有其铸件毛坯内留存的剩余应力而采取的退火处置过程。其重点用来克服铸造部件、焊接部件、切割部件、冷型冲压部件及机械加工部件结构内的各类残存应力分布，增强他的稳固性，避免淬火时发生变形撕裂的一类热加工工艺手段。在大面积切削尺寸的机械型处置(比如刨削、铣切、镗刮等过程)以后，实施消除应力的退火过程，能抵消进行机械处置时产生的部分应力，减小最后热加工的淬火型变形幅度。在进行放电处置过程前后实施消除应力的退火过程，不但能克服由于电流脉冲、线性切割导致的热应力、结构转变式应力的产生，也可减弱放电功能层的坚硬程度。给钳修开辟通路，阻止变形、开裂过程的加剧。

1.3工件正火

正火处置过程是把工件提温至Ac3或Acm之上35~55摄氏度，横温一定时限之后，由炉内掏出，并置于空气当中实施洒水、喷水雾或鼓风降温的金属热加工工序。作为预先性热加工的正火作业在模具制品制作过程中重点具备上如下功能。其一是优化低碳型模具用钢的切削处置品质，对于碳浓度少于0.26%的碳素型钢和低合金型钢组织，如果选取退火工序作为其预备热加工环节，其经过加工之后的坚硬度会大幅度降低。在切削处理时很容易产生“粘刀”现象，而且其表观光洁度极低。利用正火过程可调整其切削处置性能。其二是弥补中碳型模具钢热处理时的弊病。中碳型组织钢铸体、锻造体、轧碾件还有焊制工件，在进行热处理之后极易产生魏氏结构、晶体颗粒粗壮等超热弊病及带形结构。当其中存在严重的网状碳化物时，将达不到良好的球化效果。

2最终热处理在模具制造中的应用

最终热处理是保证模具工作零件性能的中心环节，一般应安排在精加工阶段前后。

2.1淬火

淬火是将模具钢材加热到一定温度保温一定时间后，根据模具钢种和模具零件的热处理技术要求进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。模具钢淬火的三要素是：加热温度、保温时间和冷却介质。决定这些要素的关键是加热设备、模具钢种成分、淬透性等。

2.2回火

回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温一到两个小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火。模具钢的组织趋于稳定，脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定模具钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，且还可改善切削加工性能。

3结语

各种模具的工作条件不完全相同，对模具材料的性能要求也不尽相同。采用最佳的热处理工艺是充分发挥模具材料潜力，是提高模具使用寿命的关键。我们坚持可持续发展和绿色制造的理念，力争实现循环经济模式，必将在中国模具热处理行业可持续发展的道路上越走越稳健。

引用：

[1]邓莉萍,罗军明,苏倩.预备热处理对Cr12MoV钢组织性能的影响[J].热加工工艺.2012(06).

[2]郭晓红.W18Cr4V冲孔冷冲模淬火工艺的改进[J].热加工工艺.2011(12).

[3]郭淑娟,才丽娟.预冷等温球化退火工艺对Cr12型模具钢组织性能的影响[J].科学技术与工程.2011(08).

[4]殷黎丽,杨彬,石满英.新材质导板变质后正火工艺研究[J].热加工工艺.2011(02).

作者:杨璐 单位:邵阳学院机械与能源工程系