選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學(xué)成分和力學(xué)性能各不相同，因此制造工藝路線不同；同樣，不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節(jié)主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點(diǎn)。

　　一、熱處理名詞解釋

　　1、退火

　　（1）概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。

　?。?）目的：

　　a、將低鋼的硬度，提高塑性（以利于切削加工）；

　　b、細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分；

　　c、消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，防止變形開裂

　　（3）分類：完全退火；球化退火；去應(yīng)力退火

　　2、正火

　?。?）概念：將鋼加熱到Ac3或ACcm以上30～500C，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在空氣中冷卻的工藝方法。

　　（2）目的：與退火的目的基本相同，但正火冷卻速度比退火稍快，故正火后得到的珠光體組織比較細(xì)，強(qiáng)度、硬度比退火鋼高。

　　正火比退火生產(chǎn)周期短，成本低操作方便，故在可能條件下優(yōu)先采用正火，但復(fù)雜零件宜采用退火。

　　3、淬火

　?。?）概念：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。

　　（2）目的：為了獲得馬氏體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

　　4、回火

　?。?）概念：將淬火后的鋼，再加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

　?。?）目的：

　　a、消除內(nèi)應(yīng)力；

　　b、獲得所需的力學(xué)性能（提高鋼的韌性，適當(dāng)調(diào)整鋼的強(qiáng)度和硬度）；

　　c、穩(wěn)定組織和尺寸

　　二、塑料模具的制造工藝路線

　　1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具

　　例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機(jī)械粗加工→冷擠壓成形→再結(jié)晶退火→機(jī)械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

　　2.高合金滲碳鋼制模具

　　例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機(jī)械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

　　3.調(diào)質(zhì)鋼制模具

　　例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)→機(jī)械精加工→修整、拋光→裝配。

　　4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具

　　例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機(jī)械粗加工→去應(yīng)力退火→機(jī)械半精加工→機(jī)械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

　　5.預(yù)硬鋼制模具

　　例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對(duì)于直接使用棒料加工的，因供貨狀態(tài)已進(jìn)行了預(yù)硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對(duì)于要改鍛成坯料后再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預(yù)硬處理（34～42HRC）→機(jī)械粗加工→去應(yīng)力退火→機(jī)械精加工→拋光→裝配。

　　三、塑料模具的熱處理特點(diǎn)

　?。ㄒ唬B碳鋼塑料模的熱處理特點(diǎn)

　　1.對(duì)于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，要選用滲碳鋼來制造，并把滲碳、淬火和低溫回火作為終熱處理。

　　2.對(duì)滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當(dāng)壓制含硬質(zhì)填料的塑料時(shí)模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時(shí)滲碳層厚度為0.8～1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性。

　　3.滲碳溫度一般在900～920℃，復(fù)雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時(shí)間為5～10h，具體應(yīng)根據(jù)對(duì)滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級(jí)滲碳工藝為宜，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內(nèi)建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。

　　4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同，滲碳后可分別采用：重新加熱淬火；分級(jí)滲碳后直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲后直接淬火（如用工業(yè)純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）；滲碳后空冷淬火（如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具）。

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　　1.形狀比較復(fù)雜的模具，在粗加工以后即進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行精加工，才能保證熱處理時(shí)變形小，對(duì)于精密模具，變形應(yīng)小于0.05%。

　　2.塑料模型腔表面要求十分嚴(yán)格，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應(yīng)在保護(hù)氣氛爐中或在嚴(yán)格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱，應(yīng)在模腔面上涂保護(hù)劑，同時(shí)要控制加熱速度，冷卻時(shí)應(yīng)選擇比較緩和的冷卻介質(zhì)，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產(chǎn)生變形、開裂而報(bào)廢。一般以熱浴淬火為佳，也可采用預(yù)冷淬火的方式。

　　3.淬火后應(yīng)及時(shí)回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時(shí)間應(yīng)充分，長(zhǎng)短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。

　?。ㄈ╊A(yù)硬鋼塑料模的熱處理

　　1.預(yù)硬鋼是以預(yù)硬態(tài)供貨的，一般不需熱處理，但有時(shí)需進(jìn)行改鍛，改鍛后的模坯必須進(jìn)行熱處理。

　　2.預(yù)硬鋼的預(yù)先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應(yīng)力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。

　　3.預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝簡(jiǎn)單，多數(shù)采用調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由于這類鋼淬透性良好，淬火時(shí)可采用油冷、空冷或硝鹽分級(jí)淬火。表3-27為部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝，供參考。

　　表1 部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝

　　鋼 號(hào)

　　加熱溫度/℃

　　冷卻方式

　　回火溫度/℃

　　預(yù)硬硬度HRC

　　3Cr2Mo

　　830～840

　　油冷或160～180℃硝鹽分級(jí)

　　580～650

　　28～36

　　5NiSCa

　　880～930

　　油冷

　　550～680

　　30～45

　　8Cr2MnWMoVS

　　860～900

　　油或空冷

　　550～620

　　42～48

　　P4410

　　830～860

　　油冷或硝鹽分級(jí)

　　550～650

　　35～41

　　SM1

　　830～850

　　油冷

　　620～660

　　36～42

　?。ㄋ模r(shí)效硬化鋼塑料模的熱處理

　　1.時(shí)效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首行固溶處理，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，完成奧氏體后淬火獲得馬氏體組織。第二步進(jìn)行時(shí)效處理，利用時(shí)效強(qiáng)化達(dá)到要求的力學(xué)性能。

　　2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進(jìn)行，加熱時(shí)間分別可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時(shí)能準(zhǔn)確控制終鍛溫度，鍛造后可直接進(jìn)行固溶淬火。

　　3.時(shí)效處理在真空爐中進(jìn)行，若在箱式爐中進(jìn)行，為防模腔表面氧化，爐內(nèi)須通入保護(hù)氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護(hù)條件下進(jìn)行時(shí)效。裝箱保護(hù)加熱要適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，否則難以達(dá)到時(shí)效效果。部分時(shí)效硬化型塑料模具鋼的熱處理規(guī)范可參照表2。

　　表2 部分時(shí)效硬化鋼的熱處理規(guī)范

　　鋼 號(hào)

　　固溶處理工藝

　　時(shí)效處理工藝

　　時(shí)效硬度HRC

　　06Ni6CrMoVTiAl

　　800～850℃油冷

　　510～530℃×（6～8）h

　　43～48

　　PMS

　　800～850℃空冷

　　510～530℃×（3～5）h

　　41～43

　　25CrNi3MoAl

　　880℃水淬或空冷

　　520～540℃×（6～8）h

　　39～42

　　SM2

　　900℃×2h油冷+700℃×2h

　　510℃×10h

　　39～40

　　PCR

　　1050℃固溶空冷

　　460～480℃×4h

　　42～44