模具在古代鑄造就已經(jīng)有了，至今在工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)中已經(jīng)是一種基礎(chǔ)裝備，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展得到了廣泛地使用。錘鍛模具工作環(huán)境惡劣，在鍛造循環(huán)過程中不斷地承受著機(jī)械載荷和熱載荷作用。目前我國(guó)的大多數(shù)企業(yè)，模具使用壽命比較低，僅相當(dāng)于國(guó)外的1/5～1/3。實(shí)踐證明，在模具設(shè)計(jì)和制造過程中，若能選用恰當(dāng)?shù)匿摬模_定合理的熱處理工藝，對(duì)充分發(fā)揮材料的潛在性能、降低成本、提高錘鍛模具的質(zhì)量和使用壽命都將起到重大的作用。

模具鋼的選擇

在鍛造過程中，模具型腔與高溫鍛坯接觸，模具工作面溫度常達(dá)300～400℃，有時(shí)局部可達(dá)500～600℃；模具型腔與很高溫度的鍛坯打后，又受到反復(fù)冷卻，即在急冷急熱條件工作；模具型腔與變形金屬發(fā)生相互摩擦，即工作面受到熱磨損。這就是錘鍛模具的工作條件，正是這種工作條件，要求這類模具鋼應(yīng)具有下列基本性能。

⑴淬透性高，以保證這種大型模具沿整個(gè)截面具有均勻一致的力學(xué)性能。

⑵沖擊韌性好，熱疲勞抗力高，以保證能承受沖擊載荷及在急冷急熱反復(fù)熱沖擊下，不因變形不一致發(fā)生龜裂。

⑶導(dǎo)熱好，以保證模具型腔表面的熱量盡快傳導(dǎo)外散，降低模具的溫升，有利于減少熱磨損及熱疲勞損傷。

⑷較高的抗回火穩(wěn)定性及高溫強(qiáng)度，以減少熱塑性變形。

⑸較好的抗氧化性能和加工工藝性能。為滿足上述性能，高韌性熱作模具鋼中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，通常碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωc在0.3%～0.5%左右，為提高淬透性及熱強(qiáng)性加入少量鉻、鉬、釩、鎳、錳、硅等，加入少量鉬或鎢有助于清除高溫回火脆性。

模具鋼快速辨別牌號(hào)

手持式光譜儀手持式光譜儀圖

45Cr2NiMoVSi、B2鋼錘鍛模具的熱處理

因5CrNiMo、5CrMnMo及5CrMnMoSiV具有淬透性、回火穩(wěn)定性較好，常用于制作中小型的錘鍛模。但為彌補(bǔ)5CrMnMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV在較大截面和較高溫度時(shí)熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷，大型錘鍛模具常使用45Cr2NiMoVSi、B2等大截面熱鍛模具鋼。與5CrNiMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV相比，45Cr2NiMoVSi和B2中既含有較高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使CCT曲線上的高溫轉(zhuǎn)變區(qū)上移，低溫轉(zhuǎn)變區(qū)顯著右移，提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500mm×500mm以下的模具經(jīng)970～990℃淬火，650～680℃回火后，硬度可達(dá)36～44HRC。而且45Cr2NiMoVSi和B2具有二次硬化能力，其高溫強(qiáng)度較5CrNiMo鋼高50%，熱穩(wěn)定性高出100～150℃，沖擊韌性則相當(dāng)。另外，鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴(kuò)展的能力也強(qiáng)于5CrNiMo。這兩種鋼用于12000t以下機(jī)械壓力機(jī)模具及16t錘以下模鍛模具，模具的使用壽命是5CrNiMo鋼制造的同種模具壽命的數(shù)倍。

模具裝爐要求

⑴錘鍛模具裝爐時(shí)，兩模塊之間、模塊與爐壁之間的間隔不小于50mm。裝爐長(zhǎng)度不大于爐子有效長(zhǎng)度的3/4，不允許兩塊模塊上下堆放，同爐各模塊尺寸應(yīng)盡量相近。若同爐模塊尺寸大小有差異，可將模塊尺寸大的放在爐子的內(nèi)側(cè)，尺寸小的靠近爐門擺放。

⑵錘鍛模具裝爐時(shí)，要了解模具加工情況，必要時(shí)應(yīng)采用真空爐熱處理或者裝箱保護(hù)加熱，模具型腔等處有足夠加工余量時(shí)可直接加熱。

淬火處理要求

⑴升溫和預(yù)熱要求：為保證模塊溫度均勻，應(yīng)注意緩慢加熱升溫，并應(yīng)分別在600～650℃、850～900℃溫度下預(yù)熱均溫。具體預(yù)熱保溫時(shí)間見【錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(45Cr2NiMoVSi)表】。

錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(45Cr2NiMoVSi)表

⑵保溫要求：45Cr2NiMoVSi在960～980℃保溫，保溫時(shí)間根據(jù)工件有效厚度而定，具體保溫時(shí)間見表1。B2鋼工藝參數(shù)見表【錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(B2鋼)】。注意，大型模具淬火溫度應(yīng)采用上限，小型模具用下限。

錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(B2鋼)表

⑶預(yù)冷要求：錘鍛模具保溫結(jié)束后，為減小變形，出爐后應(yīng)在空氣中預(yù)冷，大模塊空冷約7～10min，小模塊約5～7min，然后油冷。

⑷油冷要求：冷卻油溫在20～70℃。淬火油的至高使用溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)60～80℃。為保證鍛模冷卻均勻，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)時(shí)間據(jù)模塊大小而定（一般30～40min)，然后靜止冷卻，45Cr2NiMoVSi冷卻時(shí)間參考表【錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(45Cr2NiMoVSi)】，B2鋼參數(shù)見表【錘鍛模具的保溫和油冷時(shí)間(B2鋼)】。錘鍛模具出油溫度150～200℃，此時(shí)錘鍛模具提出油面只冒青煙而不著火，如將水滴滴至模具表面有緩慢的爆裂聲，淬火（淬油)后金相組織為板條馬氏體+粒狀碳化物+少量殘留奧氏體，如下圖。

淬火后金相組織(500×)

錘鍛模具回火處理要求

為避免淬火應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋，錘鍛模具出油后立即裝爐回火。應(yīng)盡量避免降溫回火，必須采用降溫回火時(shí)，爐溫必須降至300℃以下。回火裝爐順序應(yīng)盡量和淬火時(shí)的一致。為了消除殘余應(yīng)力，必須進(jìn)行兩次回火。經(jīng)兩次回火后的組織為回火索氏體+粒狀碳化物，見下圖所示。

淬火＋二次回火金相組織(500×)

⑴升溫和預(yù)熱。回火溫度超過500℃，必須在250～300℃預(yù)熱，預(yù)熱保溫時(shí)間見表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)

⑵保溫。回火溫度根據(jù)硬度要求而定，具體數(shù)值見表【回火溫度】。*回火規(guī)程具體見表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

回火溫度

⑶冷卻。保溫結(jié)束后出爐空冷。

燕尾部分回火要求

燕尾部分硬度要求3.6～3.8dB。為保證燕尾部分的硬度合格，應(yīng)使用加熱爐重新加熱燕尾，回火溫度定為720～740℃，保溫4～5小時(shí)，保溫結(jié)束后在爐中放至500℃以下吊出空冷。回火時(shí)注意，翻新次數(shù)多厚度薄的模塊要熱爐回火，以免時(shí)間長(zhǎng)，使承擊面和型槽硬度降低。在*回火之后進(jìn)行。

錘鍛模具第二次回火要求

第二次回火應(yīng)在*回火、燕尾回火冷到室溫后才能進(jìn)行，第二次回火的溫度一般比*的低10～20℃，保溫時(shí)間可比*回火縮短20%～25%，保溫結(jié)束后出爐空冷。其他工藝規(guī)程參照表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

熱處理檢驗(yàn)

保證熱處理的有效性，是保證錘鍛模質(zhì)量的關(guān)鍵，必須進(jìn)行外觀、硬度檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)修訂熱處理工藝參數(shù)，保證后期熱處理質(zhì)量。

⑴外觀檢驗(yàn)：檢驗(yàn)經(jīng)熱處理后錘鍛模具是否有變形，防止變形過大造成后續(xù)加工問題。使用著色探傷，檢驗(yàn)錘鍛模具是否出現(xiàn)裂紋。

⑵硬度檢驗(yàn)：使用風(fēng)動(dòng)工具，在模具承擊面、橋部、型槽以及燕尾平面打磨平面，打磨深度以見模具原材料火花為止，使用布氏硬度計(jì)，檢驗(yàn)?zāi)＞哂捕仁欠窈细瘛?/p>

返淬要求

淬火后若硬度不合格，允許對(duì)錘鍛模具進(jìn)行返淬。返淬前退火及其隨后的淬火均應(yīng)裝箱保護(hù)，以防承擊面和模具型槽進(jìn)一步氧化脫碳。裝箱以干生鐵屑和6%～8%木炭為保護(hù)劑。退火工藝為模塊隨爐升溫至600～650℃預(yù)熱保溫2～3小時(shí)，然后隨爐升溫至800～820℃保溫，保溫結(jié)束后冷卻。退火保溫時(shí)間和冷卻方式見表【退火保溫時(shí)間及冷卻】。返淬溫度可比正常淬火溫度低20℃，保溫時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)2～3小時(shí)。

退火保溫時(shí)間及冷卻

錘鍛模具翻新的熱處理要求

錘鍛模具失效后，在一定范圍內(nèi)允許進(jìn)行下落翻新，在模具下落后，應(yīng)進(jìn)行模具硬度檢查，檢測(cè)部位包括承擊面、模具型槽及燕尾面，檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)要求。

⑴如果硬度檢測(cè)合格，可以不進(jìn)行淬火處理，但是模具加工成品后，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火。具體工藝為：根據(jù)模塊大小在380～400℃預(yù)熱2～3小時(shí)、在600～620℃保溫5～10小時(shí)后空冷，注意，預(yù)熱溫度要比原來回火溫度低30～50℃。

⑵若硬度檢測(cè)不合格，需要重新熱處理。熱處理方法和返淬處理方法相同。