干货！牛人总结模具真空热处理技术参数工艺案例

  真空热处理是指将模具零件置于真空热处理设备中，加热、保温和冷却的工艺方法。其是当前先进的模具热处理技术之一。随着模具质量的要求慢慢的升高，一般热处理难以达到技术方面的要求，模具经真空热处理后，表面不氧化、不脱碳，淬火畸变小，表面硬度均匀，使用性能得到提高，模具常规使用的寿命普遍增加，一般能提高30%以上，另外真空热处理可将加工余量（磨削或抛光）缩小1/3~1/2，来提升了生产效率、降低了模具制造成本。真空热处理尤其适合于高精密、要求尺寸和稳定性很高的模具。模具真空热处理技术有：真空淬火、真空回火、真空渗碳、真空渗氮、线为模具线为模具照片。

  真空度直接影响到模具表面的粗糙度，进而影响表面上的质量性能，为防止模具表面的合金元素的挥发，应选择合理的真空度，合金钢模具真空加热时真空度与加热温度的对应关系见表1。

  当线℃进行一次预热；当加热温度超过1200℃时，形状简单的模具可在850℃进行一次预热，较大或复杂的模具则应在500~600℃和800~850℃进行两次预热。

  1）加热温度。真空淬火的加热温度一般取盐浴炉和空气炉的下限。真空回火、真空退火、真空固溶处理及真空时效的加热温度一般与常规热处理时的加热温度相同。

  2）保温时间。通常情况下线倍，经验公式为τ＝KB＋T，其中，τ为加热保温时间（min），K为保温时间系数（min/mm），B为模具的有效厚度（mm），T为时间裕量（或称固定时间）（min）。K值与T值可从表2查出。

  低合金钢（40Cr、60Si2Mn等）、中合金钢（CrWMn、9CrSi、5CrNiMo等）可选择两级加热（如650℃预热→850℃淬火加热）；高合金钢（H13、Cr12MoV等）可选择三级加热（如650℃预热→850℃预热→1030℃淬火加热）。

  保温时间既要确保一定量的碳化物充分溶解，提高奥氏体中的合金含量，为二次硬化峰温度回火时有较明显的硬度回升提供保证，又不能产生过热而影响模具质量。

  模具钢的真空淬火可采用油淬、气淬、水淬、硝盐淬火等。合金模具钢均可实施真空油淬，从而获得光亮的表面及合理的性能。与气冷淬火相比，因油冷速度快而容易获得高的韧性和强度。气冷淬火可获得更小的淬火畸变。

  真空淬火冷却方式应根据模具的形状、材质、尺寸、技术方面的要求等来选择，具体见表3。

  采用真空炉（如WZH系列单室正压回火炉）回火的优点：控温准确、均匀；确保加热及保温阶段无氧化；可随炉缓冷，也可充气快冷。冷却过程可充入高纯度N2或高纯度N2与其他还原性气体的混合气（如H2），确保冷却时不氧化、不着色。

  回火加热速度为0.8min/mm，心部到温后最少保持2h。回火温度视硬度要求定。第一、第二次回火为强制性，第三次回火视技术方面的要求和最终硬度而定，也可以省去。

  表5 常用模具钢的真空淬火与回火工艺参数（GB/T 22561—2008）

  模具（模块）的真空退火易实现无氧化、无脱碳的热处理，有利于提高模具表面上的质量和生产效率，缩短工艺周期，模具表面可达到光亮，显微组织均匀一致。

  （1）普通线）钢模块普通真空退火工艺。模具退火采用真空炉（如WZT系列单室线℃/h的速度缓慢加热到870℃，视模块有效尺寸决定保持时间（2~4h），也可以待到温后保持0.8min/mm。保温阶段压力控制在0.1~10Pa。冷却时可在真空状态下进行炉冷，当温度不高于500℃时，可充入1×105Pa的高纯度N2或高纯度N2与其他还原性气体（如H2）的混合气进行冷却，以确保模块表面无氧化、不着色。经退火后的模块硬度＜235HBW，组织为珠光体＋均匀分布的粒状碳化物。

  线h后，快冷至720~740℃保持3~4h，用高纯度N2冷至100℃以下出炉。

  真空渗碳是将模具在真空炉中加热到奥氏体化状态，在渗碳气氛中渗碳，然后扩散及淬火处理。因模具在真空状态下加热，故模具表面十分光洁，适于高的表面上的质量要求模具的渗碳处理。

  实例：65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）钢制挑线连杆挤压模的线）渗碳介质（体积分数）：70%CH4＋30%H2。H2作为稀释气，CH4（甲烷）为渗碳气。渗碳设备为内热式小型真空渗碳炉。模具线Nb钢制模具经真空渗碳热处理后，其常规使用的寿命比未经渗碳模具提高2.5倍，比Cr12MoV钢制模具（常规热处理）提高7.5倍。

  真空碳氮共渗是模具表层在真空炉内处于负压的加热状态下，同时渗入碳、氮元素的化学热处理工艺，与单一的渗碳相比，模具表面硬度更高，耐磨性更好，同时还具有一定的抗蚀性和更高的疲劳强度。因共渗温度低，且渗后可直接淬火，奥氏体晶粒比单一渗碳细，因此提高了模具的心部韧性，共渗层组织无晶界氧化现象，模具性能明显提高。

  实例：45钢、调质预硬钢P20钢（3Cr2Mo）制塑料模的线型双室真空渗碳淬火炉，其工艺曲线）℃，并均温后出炉油淬，压力为100~800Pa，共渗剂为乙炔和氨气混合气。装炉情况：模具尺寸260mm×200mm×25mm，数量5块；240mm×180mm×20mm，数量5块；210mm×150mm×30mm，数量5块。共计装炉15块，质量共计约150kg。

  真空脉冲氮碳共渗保留了真空脉冲渗氮的优点，如深孔、盲孔内壁渗层均匀，比真空脉冲渗氮有更好的耐磨性和抗咬合性，而且白亮层少，脆性小，渗层致密，渗速快，并能承受重负荷和冲击载荷。

  （1）十字槽冲头在工作时，要承受大的冲击、压缩、拉伸和弯曲等应力的作用，失效形式为槽筋疲劳断裂。原采用T10钢制造，经常规盐浴加热淬火、回火处理后，模具平均寿命为3万件。

  （2）采用W9Cr4Mo3V钢制造冲头，经真空加热淬火、回火和真空脉冲氮碳共渗后，模具寿命提高到近30万件。线℃×1~2min/mm加热后，气淬油冷；540~580℃×1~2h线）真空脉冲氮碳共渗工艺：共渗剂成分（体积分数）：50%丙烷＋50%氨气，其工艺曲线V钢冲头真空脉冲氮碳共渗