東坑熱處理之塑料模具熱處理工藝：

選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學成分和力學性能各不相同，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。本節主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點。

    一、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→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→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.調質鋼制模具

    例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→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→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

    5.預硬鋼制模具

    例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對于直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對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→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。

    二、塑料模具的熱處理特點

    （一）滲碳鋼塑料模的熱處理特點

    1.對于有高硬度、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最終熱處理。

    2.對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當壓制含硬質填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時滲碳層厚度為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、防粘性就更好。

    3.滲碳溫度一般在900～920℃，復雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10h，具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜，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）。

    （二）淬硬鋼塑料模的熱處理

    1.形狀比較復雜的模具，在粗加工以后即進行熱處理，然后進行精加工，才能保證熱處理時變形最小，對于精密模具，變形應小于0.05%。

    2.塑料模型腔表面要求十分嚴格，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。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱，應在模腔面上涂保護劑，同時要控制加熱速度，冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳，也可采用預冷淬火的方式。

    3.淬火后應及時回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時間應充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。

    （三）預硬鋼塑料模的熱處理

    1.預硬鋼是以預硬態供貨的，一般不需熱處理，但有時需進行改鍛，改鍛后的模坯必須進行熱處理。

    2.預硬鋼的預先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應力，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.預硬鋼的預硬處理工藝簡單，多數采用調質處理，調質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，淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝，供參考。

    表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝

    鋼 號 加熱溫度/℃ 冷卻方式 回火溫度/℃ 預硬硬度HRC

    3Cr2Mo 830～840 油冷或160～180℃硝鹽分級 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 550～650 35～41

    SM1 830～850 油冷 620～660 36～42

    （四）時效硬化鋼塑料模的熱處理

    1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理，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。第二步進行時效處理，利用時效強化達到最后要求的力學性能。

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

    3.時效處理最好在真空爐中進行，若在箱式爐中進行，為防模腔表面氧化，爐內須通入保護氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間，否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規范可參照表3-28。

    表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規范

    鋼 號 固溶處理工藝 時效處理工藝 時效硬度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

    三、塑料模的表面處理

    為了提高塑料模表面耐磨性和耐蝕性，常對其進行適當的表面處理。

    1.塑料模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力，能長久保持金屬光澤，在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV，因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。

    2.滲氮具有處理溫度低（一般為550～570℃），模具變形甚微和滲層硬度高（可達1000～1200HV）等優點，因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。

    適于塑料模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等