一、工模具钢的固溶球化和固溶细化

微变形工模钢大致上可分为两类：中铬微变形工模具钢，如4Cr5MoVSi(H11、H13)；高铬微变形工模具钢。它们属于莱氏体钢，其特点：①钢的组织中有大量的共晶碳化物。②淬火后常有较多的残余奥氏体。③热处理变形小。④耐磨性高。⑤承载力大。⑥高铬工模具钢与中铬工模具钢相比，由于共晶碳化物多于中铬工模具钢，所以韧性远差于中铬工模具钢。Crl2系列就属于高铬微变形工模具钢。在实际生产中，韧性差、开裂报废是高铬微变形工模具钢早期失效的重要原因。下面以Crl2，Crl2MoV，Crl2MO，Crl2w 系列中的Crl2为例。Crl2是一种广泛使用的冷作工模具用钢，但在使用中常因崩角、脆裂而早期报废，成为生产中令人棘手的难题。而企业通常只从热处理淬火温度的上下限和保温时间进行调整与控制，但结果往往不如人意。我们针对Crl2工模具钢中共晶碳化物，呈网状堆集、带状堆集的碳化物以及粗大的角状碳化物常采用双重固溶的工艺，即在锻造工序中加一次固溶，转入热处理工序中再进行第二次固溶处理。下面本人就从以下几方面来介绍改进的方法。

1．锻造工序中的固溶球化 针对终锻后模具中残存部分共晶碳化物(M C +奥氏体)及呈网状堆集的部分碳化物，或轻度碳化物呈带状堆集，我们先采用在终锻后把锻坯放回加热炉中，重新加热到原始温度进行保温，时问以不超过15～20min为限。其目的是把在锻造过程降温中沿奥氏体晶界析出的碳化物，全部重新溶入奥氏体中，亚稳定的共晶碳化物也可望绝大部分溶解，并且使其成分均匀化。随后根据锻坯的尺寸而定，我们采用喷雾或鼓风方法，以较快的速度将锻坯冷至450～550℃后，立即放入已经升温至680～750℃的炉中进行等温处理， 目的是在固溶后进行快速冷却。如果抑止了降温速度，碳化物将以领先相沿晶界析出。同时,由于为了不把高温固溶时获得的奥氏体较粗的晶粒遗传下去，急冷产物不允许是不平衡组织，因此模具冷至450～550℃后立即放人已升温至680～750％炉中进行等温转变，从而得到成分均匀、碳化物颗粒圆整(略粗些)的珠光体组织。

2．热处理固溶细化工艺 经过锻造工序中高温固溶球化后的锻坯，经粗加工后，在可控气氛炉中进行第二次固溶，这次固溶的温度低于锻造固溶温度。在加热方式上，采用阶梯升温(即中间保持温度)，可选择在相变点(Ae )稍低或者Ac ～Ac 之间进行等温， 目的是使锻模件表层与心部温差趋于平衡，为相变作准备，使相变在锻件的整体上均匀进行。由于是中间保持的温度较高，锻件整体都处在塑性状态，这样一是可进行快速加热；二是可以缩短固溶时高温停留的时间。因为钢中奥氏体转变一般是由形核长大、碳化物溶解和成分均匀这样几个步骤来完成的，这几个过程都是铁、碳和合金元素的扩散过程，而且需要一定的时间，如果在固溶温度停留时间过长，奥氏体晶粒就会粗化。实际生产证明，固溶温度保持的时间取决于锻模心部温度到达固溶温度所需时间，这个时间又主要取决于中问保持后的表层与心部的温度差，及保持后的加热速度。当中间保温足够时间使表层与心部趋于平衡，就可大大缩短锻件在高温停留的时间，这样不但能使奥氏体的成分均匀，而且还不使晶粒长大。在随后的高速冷至450～550℃后，迅速转入650～680cC的回火炉中保温1．5h后，再转入720～750℃炉中保温1．5h，接着重新转入650～ 680℃回火炉中保温1．5h后，随炉降温至500℃以下出炉空冷。

二、高合金工具钢的化学热处理

近年来，为了充分发挥工模具钢的潜力，提高工模具钢的使用寿命，如耐磨性、耐蚀性、抗咬合以及抗氧化等性能的提高，国内外不少厂家采用化学热处理这种有效的手段进行渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、渗硼、渗铬、渗铝、渗硅、渗钒、碳化钛涂覆和离子注入，以及各种类型的多元共渗和复合热处理。这里只介绍一种最常用的化学热处理方法—渗碳工艺操作，但这和通常渗碳工艺有所区别的是高浓度渗碳，其工模具表面的含碳量远大于1．2％ ，是一种较特殊的热处理工艺方法。常规渗碳所采用的温度在900～950℃ 范围，适应于一般低碳渗碳钢的工艺要求。在此温度下，钢中铁素体和珠光体基本都溶解于奥氏体中，奥氏体的化学成分比较均匀，而对于高合金工模具钢，尤其是那些含有较多难溶的合金碳化物M6C7、M23C6及MC等，为了使奥氏体成分均匀，使那些较难溶的合金碳化物更多的溶解，我们采用≥1000℃的渗碳温度。原因是M7C3、M23C6型碳化物在980℃明显溶解，1000℃完全溶解。这样就给实际生产带来了一个难题，即在≥1000℃渗碳加热后，因时间长使奥氏体晶粒粗化，在淬火后，冲击韧度大大降低，达不到使用的要求。为此，我们根据不同的钢种进行了两种不同的工艺操作。

三、结语

与先进国家相比，我国的工模具制造水平还十分落后，尤其是先进的工模具热处理工艺的普及程度较低。关键因素是工模具热处理质量不高和不稳定，常常影响了工模具的使用寿命和可靠性。水平低下的原因很多，材料及热处理工艺是一个至关重要的原因。需要指出的是，高碳、高合金工模具钢的工艺改进方法，同样可以用在一般高合金及中合金工模具钢上，只要我们能打破传统观念的束缚，采用先进设备、先进工艺进行热处理，就可使工模具寿命成倍的增加。

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