工业设计用模具钢材料的新型热处理工艺研究

余立刚

（湖北职业技术学院， 湖北 孝感 432000）

1 模具钢材料的设计

模具钢材料在工业设计制造中，大多数的工厂生产采用3Gr3W8V作为模具钢材料，但在此类钢材料内部组成结构中，W元素的含量相对较多，虽然在高温强度的作业环境有较大的优势，但是其材质上缺乏冲击韧性，面对高难度的作业环境时，容易造成模具的早期开裂现象，造成模具的损坏失效。

在此基础上，相关的科研人员也对此做出进一步的改进和设计，利用HM1型的钢材料作为模具生产，这类材料的W元素含量相对适宜，并通过向其掺入一定量的Mo元素，保证了其基本的高温作业强度时，又能够提高作业的冲击韧性，以此来减少模具的损坏。但是HM1型的钢材料，在工业模具设计中，又带来高温强度偏低的问题，容易因堆塌现象而导致模具的失效问题。

2 新型热处理工艺设计

2.1 利用C曲线的测定

要想科学地制定出提高钢材料的工业性能方案，并给出恰当的热处理工艺技术，让钢材料能够达到工业的基本用途，就应事先了解所选用钢材料的内部结构，以及对温度敏感程度的变化情况（见图1），而C曲线就可以很好地供给参考价值。

其次，对所选用的钢材料进行不断的加热过程，并将Ac温度控制到928℃，让材料的内部结构从铁素体逐步转化到奥氏体过程。但是随着材料内部结构的不同，转化所需的问题也有所差异，对于珠光体的材料结构，转化为奥氏体的所需温度应为tAc1＝847℃，而马氏体钢材料结构转化为奥氏体，温度值需达到 tMs＝375 ℃[2]。

图1 C曲线的测定

2.2 淬火工艺提升钢材料的性能

要满足模具在不同工作环境下的作业要求，还需要对钢材料进行淬火工艺。本次研究的新型热处理工艺，为保证模具之间的力学性能，对材料的淬火温度控制区间在1 050～1 120℃，而回火温度的控制区间应在560～640℃。如果淬火的温度高于1150℃，则会导致模具钢材料容易出现较大的晶粒产生，这会直接影响到钢材料的制件性能。为了让钢材料在经过淬火时更好地提升基本特性，还需要将温度分别控制在 1 050℃、1 080℃、1 100℃、1 120℃，对钢材料进行再次的淬火处理，再次分别选择温度为：560℃、580℃、600℃以及620℃和640℃，对钢材料进行二阶段的回火处理，利用二次的淬火和回火处理过程，更有利于加强钢材料的韧性和力学性能基础。

2.3 回火工艺提升对钢材料的性能

经实际生产发现，制件产品的质量不过关，很大原因出现在热处理过程的回火过程中，特别是当钢材料的回火温度处于600℃和620℃时，会使钢材料出现非常明显的二次硬化现象，导致钢材料的硬度（HRC）升高到52～57。而钢材料在经过温度为640℃的回火处理后，又会造成钢材料的硬度发生急剧下降。这是因为材料中掺入的Mo元素和V元素在回火时对材料造成的影响，由于Mo元素在钢材料中主要以碳化物的形式存在，这就使得在回火时更有利于材料的二次硬化过程。而V元素的存在，在此条件下回火，容易导致钢材料中的V4C3物质出现弥散强化，从而让Gr元素在回火时易于融入到材料中，而Gr元素又对碳化物的析出过程产生明显的抑制，保证钢材料基本的高温强度的同时，其基体又拥有良好的固溶性能。

2.4 回火后的组织构成

模具钢材料在完成淬火和回火的工艺处理后，对其组织构成进行分析可以得出，钢材料在淬火温度为1 080～1 120℃和600～620℃的回火处理后，钢材料的组织构成大致可以分为四种类型：半条形状的马氏体组织、马贝复相组织、细微且均匀分布的碳化物、极微少的奥氏体组织。而钢材料的韧性强度得到提升，主要是因为材料中存在条状的马氏体和下贝氏体组织结构，加上钢材料中一些微小碳化物的存在，让钢材料的弥散强度也随之增加。由此可以得出钢材料的硬度大小虽然受不同条件的影响而变化，但是最重要的原因还是因为元素种类的按比例掺入，造成了钢材料的硬化程度的不同。但是少量存在的奥氏体具有软化效果，同时晶界的弱化问题则对钢材料的硬度表现产生不利影响，在一定程度上会降低模具钢材料的硬度和抗击强度。

3 新型热处理工艺的实际应用

铜铝锰合金采用新型热处理工艺，形成了具有有记忆合金的性能，成为广泛应用的记忆金属，还便于工业加工和切割的特点。大多数由多晶体构成的金属，在采用新型的热处理工艺后，还能提高钢材料材质的同时，又能保证模具成型的尺寸和精度，并获得优质的弹性效果[3]。

实践证明对钢材料采用新型热处理工艺，可使之具有良好的力学性能，如工业设计模具产品实际的使用周期，还比原本的模具使用周期延长了1.5倍，在面对高难度的作业环境时，还大大减少了模具钢材料的裂纹以及堆塌问题。

4 结语

本文在已有的钢材料工业设计基础上，利用新型的热处理工艺技术进行优化和完善，并得出控制钢材料淬火温度和回火的最优温度区间。采用二次回火处理的方式，可以大大增加模具钢材料的高温性能和冲击强度。此外回火工艺在热处理技术中具有重要意义，为了避免淬火钢的回火脆性，对具体工业设计的模具最终成型的相关零件的尺寸和形状造成影响，可适当采用保温时效处理的方式来完善制件工艺。

[1] 陆元三.改善铬钼模具钢综合性能的热处理工艺研究[J].模具技术，2016（4）：3-4.

[2] 周娟.Cr12MoV钢的热处理工艺改进[J].科技与企业，2016（8）：1-3.

[3] 陆元三.改善铬铂模具钢综合性能的热处理工艺研究[J].模具技术，2016（4）：59-63.