8.6.2 模具零件热处理实例解析
模具零件热处理工艺具有一定的多样性和相对性，是科研和生产一线的工程技术人员在热处理理论方面的深化研究与生产实践的总结。经验往往滞后于先进技术的发展和带有一定的局限性，但它可以给以启迪和借鉴。
（1）例1碳素工具钢T10A制作的铆钉机风窝头高温淬火
T10A钢制作的铆钉机风窝头，硬度要求为59～62HRC。原工艺是780℃奥氏体化，碱液淬火，180～200℃回火。将奥氏体化温度改为840℃，用水淬油冷双液淬火，200℃回火2h，同样达到硬度要求，但用改进工艺处理的风窝头使用寿命为原来的2～3倍。
此例说明最终热处理与预备热处理要匹配，从工艺上来看，只是采用了较高的奥氏体化温度和快冷。此例钢的预备热处理（退火）是840℃完全退火，获得的组织是片状珠光体，硬度为185HBW。因此在片状珠光体原始组织条件下采用840℃淬火和低温回火使风窝头的抗压强度、断裂韧度提高，从而提高了模具寿命。实践证明此工艺适用于M22铆钉机风窝头，加工ϕ16～ϕ22mm的Q235钢铆钉和Z47-12型多工位联合冷锻机工序冲模。
水油双液淬火方法在操作上是比较难控制的，对于操作水平低的情况或形状复杂、尺寸较大的模具零件不太适宜。
（2）例23Cr3Mo3W2V钢制精密锻造喷管模高温正火
这一类钢（尤其是较大截面时）在锻后缓冷过程中碳化物易形成链状或网状，在以后的正常退火时难以改善或消除。具有这样组织的模具零件毛坯在淬火、回火处理时，虽然也能达到规定的硬度要求，但使用中模具仍有早期失效（脆断）。高温正火的目的是改善碳化物形态。因此，在退火前先进行高温正火，称为组织预处理，是简单易行的有效方法。对于类似服役条件的模具如辊锻成形模、C形轴承环成形模等也可见效。
3Cr3Mo3W2V钢精密锻造喷管模的热处理工艺过程：锻后高温正火（1130℃，空冷）→球化退火→淬火（1060～1130℃，油冷）→回火（600～680℃，两次回火，每次1～2h，回火温度和时间针对不同对象可作调整），硬度为38～52HRC。
（3）例3 CrWMn钢冲模凸模低温淬火
CrWMn钢冲模是冲压高硬度带钢（硬度≥240HV）的冲模，其常规工艺和低温淬火工艺比较见表8-53。
表8-53 CrWMn钢冲模不同热处理工艺的使用寿命
由表8-53可见，其他条件不变，仅把淬火温度降低约30℃，就能取得很好的效果，因此针对零件特点制订工艺是很重要的。
（4）例420钢齿模（锯齿锁紧垫圈冲模）
该冲模冲压65Mn钢带（硬度为179～217HBW），冲模采用三种材料、不同工艺时，有着不同的使用效果，见表8-54。
表8-54 齿模使用寿命比较
此例表明，只要有合适的热处理工艺配合，采用价廉易得的20钢也可获得良好的技术经济效果。Cr12MoV、T10A钢都是制造各类冲模的优良材料，但工艺不当，效果就不好。可见，模具的选材和热处理有多种途径，应充分考虑。
（5）例5 Cr12MoV钢滚丝模
表8-55中的三种工艺，硬度都符合图样的热处理技术要求，都是合格品，但使用寿命相差较大，其中等温淬火最好，因等温淬火获得下贝氏体组织，有较好的强韧性。由此可见，只符合硬度指标是不够的。
表8-55 Cr12MoV钢滚丝模的三种热处理工艺及使用寿命的比较
（6）例66Cr4W3Mo2VNb钢冲模(https://www.daowen.com)
6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）钢的性能优于一般的冲模钢。制造多工位镦机用螺栓压角凸凹模，热处理工艺为1120℃油淬，560℃回火2h两次，硬度为57～59HRC。其使用寿命比Cr12MoV钢制造的凸凹模（淬火、回火并经气体氮碳共渗处理）高出3～4倍。
但是，65Nb钢制十字槽螺钉平圆头冲模用类似上述热处理工艺效果并不理想，主要是质量不稳定，部分出现早期失效。改用二次淬火，第一次1200℃油淬，第二次用低温900℃油淬，然后经450℃一次回火，效果较好，使用寿命提高，且质量稳定。
65Nb钢制203轴承套圈温锻模凸模，同样条件下与3Cr2W8V、W18Cr4V和H13三种钢进行对比，其使用寿命见表8-56。
表8-56 几种钢的性能对比
此例特点是高温加热淬火（比正常淬火温度高20～120℃），多一次200℃低温回火，凸模尾部软化。
对65Nb钢的多种热处理工艺进行比较，获得较高强韧性的工艺是1120℃加热淬油，560℃×1h回火3次，抗拉强度为4800MPa，冲击韧度为108J/cm2。
（7）例7 Cr12MoV钢制蜗壳拉深成形模凹模热处理工艺
1）球化退火：860℃加热，保温3h，740℃等温4h，炉冷至低于500℃空冷。
2）淬火、回火：550℃预热，1030℃奥氏体化，淬油，200℃回火1h，硬度为61HRC。
3）离子渗氮：LD-60型离子渗氮炉，通入氨分解气（炉外裂化），炉压保持在5×102～8×102Pa，电压为500～600V，电流密度为1mA/cm2。渗氮温度为500℃，时间5h。渗氮层总深度为0.12mm，白亮层深度为0.015mm，表面硬度为1200HV。
与未经渗氮的同样凹模相比，使用寿命提高2.5倍。此例说明表面强化处理有良好的作用。
（8）例85CrMnMo钢制热锻模预冷淬火工艺比较
工艺Ⅰ：500℃×2min/mm预热，890℃×1min/mm加热，出炉后预冷至780～810℃，淬油，冷至180～200℃，立即转入280℃硝盐浴中2～3h，出炉后空冷。第一次回火时500℃×2min/mm加热，转入280℃硝盐浴2～3h。第二次回火重复第一次操作。适用于小型热锻模。
工艺Ⅱ：500℃×2min/mm预热，890℃×1min/mm加热，出炉后预冷至780～810℃，淬油冷至180～200℃，立即转入带有风扇的280℃空气炉中等温4～5h，出炉后空冷。进行500℃×2min/mm油冷回火两次；第三次回火300℃×2～3h空冷。模具使用一段时间后再进行500℃×2min/mm油冷回火。适用于中、小型热锻模。
工艺Ⅲ：500℃×2min/mm预热，890℃×1min/mm加热，出炉后预冷至780～810℃，淬油，冷至180～200℃，立即转入280℃空气炉中缓冷4～5h，出炉后空冷。进行500℃×2min/mm回火两次，每次出炉后油冷；第三次回火300℃×3～4h，出炉空冷。适用于冲击较大、模具强度低的强韧化处理。
工艺Ⅳ：500℃×4min/mm预热，890℃×1min/mm加热，随炉降温至810～820℃，淬油，冷至180～200℃，立即转入280℃空气炉中缓冷5～6h，随炉升温，进行500℃×2min/mm回火两次，每次出炉油冷。冷至300℃保温6h，进行去应力回火。适用于大型、特大型热锻模热处理。但在热处理中要注意防止工件开裂。
（9）例9稀土蠕墨铸铁制医用盐水瓶模具热处理工艺
1）模具性能要求：具有高的精度、耐磨性、耐热疲劳性、抗氧化性和抗生长性。
2）热处理工艺：950℃×2h，炉冷至750℃保温4h，炉冷至500℃出炉空冷。
稀土元素应用于球墨铸铁或蠕墨铸铁之中，对提高铸铁的性能起重要作用。