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[摘 要]本文首先分析了热锻模具的选材规律和热处理技术要求，最后针对热锻模具的制造工艺进行了详细的阐述，以期能够为相关工作人员提供一定的技术参考。
[关键词]热锻模具；选材；制造工艺
中图分类号：S542.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0310-01
引言
模具是在生产过程中实现先进制造技术的重要工艺设备，近年来，在现代工业生产中应用非常广泛。从使用情况方面看，模具的质量主要取决于模具的选材以及热处理的工艺。根据使用条件，模具分为冷成型模具、温锻模具、热锻模具、塑料成型模具和铸造模具等，本文主要涉及到的是热锻模具的选材和制造工艺。
1 热锻模具的选材规律和热处理技术要求
通过对热锻模具的一般失效形式分析可知，模具在选材过程中需要重点考虑的有热硬性、淬透性、强韧性、热疲劳性能等。从热处理的角度来看，需要考虑耐磨性、表面脱碳、硬度等。这里针对几种最重要的性能展开介绍。
1.1 热硬性
热硬性也被称作红硬性，指的是模具在高温环境下能够保持组织和性能稳定，具有抗软化的能力。這种能力主要取决于材料本身的化学成分以及热处理的工艺。一般说来，含有高V，W，Co，Nb，Mo等高熔点和易形成多元碳化物元素的钢材热硬性更高。
1.2 强度和韧性
强度和韧性主要根据模具的承载能力考量，钢材的晶粒度，碳化物的形态、分布、大小、数量以及残余奥氏体的含量都会影响模具的强度和韧性。这些因素主要取决于钢材的化学成分、组织状态（通过合理的球化退火，改善碳化物的形态，提高组织均匀性）、冶金质量（例如夹杂物、气体含量、S和P的含量等）以及热处理工艺的合理运用。
1.3 淬硬性和淬透性
淬硬性指的是在材料经过淬火环节后能够达到的硬度范围，与材料的碳含量有直接关系；而淬透性指的是在材料经过淬火后得到马氏组织的能力，与钢材的化学成分直接相关。根据模具的使用条件不同，对于这两者的侧重点也不同，例如冲裁模具对表面硬度要求很高，则淬硬性显得更重要，而对于整体界面均匀性要求高的热锻模具，淬透性更为重要。
当然，对热锻模具寿命产生影响的因素有跟多，要根据热锻模具的使用条件合理选择材料，表1为锤锻模具与热挤压模具的常用选材。
2 热锻模具加工工艺
2.1 落料、锻造+球化退火处理
钢材厂提供的模具材料以棒材或者锻坯形式为主，其内部组织中的碳化物沿晶界呈现网状分布状态，这种形态下的模具材料如果不进行进一步的加工处理，在施工过程中裂纹容易沿晶界萌生并扩张，降低模具的承载能力，最终降低模具的使用寿命。而通过锻造和球化退火处理，能够形成细小、均匀且呈弥散分布的碳化物，模具的内部组织条件得到改善，避免在热处理过程中出现由局部应力集中导致的开裂现象，提高模具的使用寿命。图1为几种模具材料的快速球化退火工艺。
T1：3Cr2W8V，1050℃；3Cr3Mo3VNb，1030℃；5Cr4W5Mo2V，1100℃
T2：3Cr2W8V，850-870℃；3Cr3Mo3VNb，850-870℃；5Cr4W5Mo2V，850-870℃
2.2 精加工处理
在进行热处理之前先安排切削加工（结构过于复杂的模具除外），其主要目的是避免机械加工过程中在模具表面形成拉应力，降低模具的抗疲劳性能。电脉冲加工为材料的熔化加工过程，在进行电脉冲加工后模具表面容易形成熔化层和热影响层，对模具表面的硬度以及耐磨性有一定的影响，为了减小热处理后模具表面形成的压应力，在热处理完成后一般不再进行电脉冲加工，而是通过减小加工余量，或者采用加工后研磨、抛光的方式减小对表面加工层的影响，以避免切削加工，尤其是电脉冲加工对模具表面损伤而影响模具寿命。
2.3 热处理
第一，应采用合理的加工工艺以减小在热处理过程中模具的形变，例如采用多段加热工艺，可以防止模具加热开裂。同时采用的热处理方式要避免合金元素蒸发，在材料淬透性允许范围内，尽量采用气体淬火技术、真空热处理，以减少热处理变形，避免热处理环节后加工余量增大，导致表面温度过高，影响模具的使用寿命。对于淬硬性差的材料以及高温条件下容易挥发的元素材料，例如含有高Ni等，使用盐浴热处理为宜；第二，笔者经过长时间的实践、分析后，较为推荐超饱和渗碳热处理技术，即应用渗碳技术，这种技术能够降低热处理表面的脱碳现象，提高模具表面的耐磨性，通过渗碳淬火后模具表面能够形成高压应力，提高模具的抗疲劳能力；第三，大多数模具材料中Cr，Mo，V，W，Nb等高温、强碳化物形成元素较多，使得模具的强度、红硬性较高，在热处理回火处理过程中，二次硬化特性非常明显。因此，可以根据模具实际的工作温度范围选择性的应用回火温度，但是针对热锻模具应选择高温回火工艺，避免因二次回火效应影响模具的使用性能；第四，正因为模具材料中Cr，Mo，V，W，Nb等高温、强碳化物形成元素含量较高，因此模具材料的抗回火性能很高，需要进行多次回火，以减少因回火不充分导致材料早期失效，出现断裂和龟裂的现象，一般情况下要求至少进行2次高温回火。
2.4 喷丸、研磨、抛光处理
在淬火、回火工序后，表面热处理前，要进行喷丸处理，以在模具表面形成压应力层，从而改变模具经淬火、回火处理后的表面拉应力状态；进行模具抛光处理，也可以消除模具加工表面的缺陷，提高使用寿命。
2.5 离子深氮
为了进一步提高模具的疲劳抗性和耐磨性，最好采用N2而避免使用NH3，因为NH3中的H+对模具具有氢脆作用。需要注意的是深氮温度要低于淬火后的回火温度，避免模具基体硬度的降低，从而导致模具的失效。
2.6 深冷处理
深冷处理的原理是通过降低残余奥氏体，在模具表面形成压应力，提高模具的硬度和表面耐磨性。但需要注意安全。深冷处理的一般规范：模具（室温状态）—液氮（-196）℃/2小时—自然回到室温—160-170℃/4小时—空冷。
结语
综上所述，在热锻模具的生产过程中，需要注意的问题很多，生产人员要严格按照工艺步骤进行选材和生产制造，以提高模具的使用寿命，保证模具成品符合要求。
参考文献
[1] 江叔通.精化齿坯热锻工艺浅析[J].锻压装备与制造技术，2017，02：74-77.
[关键词]热锻模具；选材；制造工艺
中图分类号：S542.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0310-01
引言
模具是在生产过程中实现先进制造技术的重要工艺设备，近年来，在现代工业生产中应用非常广泛。从使用情况方面看，模具的质量主要取决于模具的选材以及热处理的工艺。根据使用条件，模具分为冷成型模具、温锻模具、热锻模具、塑料成型模具和铸造模具等，本文主要涉及到的是热锻模具的选材和制造工艺。
1 热锻模具的选材规律和热处理技术要求
通过对热锻模具的一般失效形式分析可知，模具在选材过程中需要重点考虑的有热硬性、淬透性、强韧性、热疲劳性能等。从热处理的角度来看，需要考虑耐磨性、表面脱碳、硬度等。这里针对几种最重要的性能展开介绍。
1.1 热硬性
热硬性也被称作红硬性，指的是模具在高温环境下能够保持组织和性能稳定，具有抗软化的能力。這种能力主要取决于材料本身的化学成分以及热处理的工艺。一般说来，含有高V，W，Co，Nb，Mo等高熔点和易形成多元碳化物元素的钢材热硬性更高。
1.2 强度和韧性
强度和韧性主要根据模具的承载能力考量，钢材的晶粒度，碳化物的形态、分布、大小、数量以及残余奥氏体的含量都会影响模具的强度和韧性。这些因素主要取决于钢材的化学成分、组织状态（通过合理的球化退火，改善碳化物的形态，提高组织均匀性）、冶金质量（例如夹杂物、气体含量、S和P的含量等）以及热处理工艺的合理运用。
1.3 淬硬性和淬透性
淬硬性指的是在材料经过淬火环节后能够达到的硬度范围，与材料的碳含量有直接关系；而淬透性指的是在材料经过淬火后得到马氏组织的能力，与钢材的化学成分直接相关。根据模具的使用条件不同，对于这两者的侧重点也不同，例如冲裁模具对表面硬度要求很高，则淬硬性显得更重要，而对于整体界面均匀性要求高的热锻模具，淬透性更为重要。
当然，对热锻模具寿命产生影响的因素有跟多，要根据热锻模具的使用条件合理选择材料，表1为锤锻模具与热挤压模具的常用选材。
2 热锻模具加工工艺
2.1 落料、锻造+球化退火处理
钢材厂提供的模具材料以棒材或者锻坯形式为主，其内部组织中的碳化物沿晶界呈现网状分布状态，这种形态下的模具材料如果不进行进一步的加工处理，在施工过程中裂纹容易沿晶界萌生并扩张，降低模具的承载能力，最终降低模具的使用寿命。而通过锻造和球化退火处理，能够形成细小、均匀且呈弥散分布的碳化物，模具的内部组织条件得到改善，避免在热处理过程中出现由局部应力集中导致的开裂现象，提高模具的使用寿命。图1为几种模具材料的快速球化退火工艺。
T1：3Cr2W8V，1050℃；3Cr3Mo3VNb，1030℃；5Cr4W5Mo2V，1100℃
T2：3Cr2W8V，850-870℃；3Cr3Mo3VNb，850-870℃；5Cr4W5Mo2V，850-870℃
2.2 精加工处理
在进行热处理之前先安排切削加工（结构过于复杂的模具除外），其主要目的是避免机械加工过程中在模具表面形成拉应力，降低模具的抗疲劳性能。电脉冲加工为材料的熔化加工过程，在进行电脉冲加工后模具表面容易形成熔化层和热影响层，对模具表面的硬度以及耐磨性有一定的影响，为了减小热处理后模具表面形成的压应力，在热处理完成后一般不再进行电脉冲加工，而是通过减小加工余量，或者采用加工后研磨、抛光的方式减小对表面加工层的影响，以避免切削加工，尤其是电脉冲加工对模具表面损伤而影响模具寿命。
2.3 热处理
第一，应采用合理的加工工艺以减小在热处理过程中模具的形变，例如采用多段加热工艺，可以防止模具加热开裂。同时采用的热处理方式要避免合金元素蒸发，在材料淬透性允许范围内，尽量采用气体淬火技术、真空热处理，以减少热处理变形，避免热处理环节后加工余量增大，导致表面温度过高，影响模具的使用寿命。对于淬硬性差的材料以及高温条件下容易挥发的元素材料，例如含有高Ni等，使用盐浴热处理为宜；第二，笔者经过长时间的实践、分析后，较为推荐超饱和渗碳热处理技术，即应用渗碳技术，这种技术能够降低热处理表面的脱碳现象，提高模具表面的耐磨性，通过渗碳淬火后模具表面能够形成高压应力，提高模具的抗疲劳能力；第三，大多数模具材料中Cr，Mo，V，W，Nb等高温、强碳化物形成元素较多，使得模具的强度、红硬性较高，在热处理回火处理过程中，二次硬化特性非常明显。因此，可以根据模具实际的工作温度范围选择性的应用回火温度，但是针对热锻模具应选择高温回火工艺，避免因二次回火效应影响模具的使用性能；第四，正因为模具材料中Cr，Mo，V，W，Nb等高温、强碳化物形成元素含量较高，因此模具材料的抗回火性能很高，需要进行多次回火，以减少因回火不充分导致材料早期失效，出现断裂和龟裂的现象，一般情况下要求至少进行2次高温回火。
2.4 喷丸、研磨、抛光处理
在淬火、回火工序后，表面热处理前，要进行喷丸处理，以在模具表面形成压应力层，从而改变模具经淬火、回火处理后的表面拉应力状态；进行模具抛光处理，也可以消除模具加工表面的缺陷，提高使用寿命。
2.5 离子深氮
为了进一步提高模具的疲劳抗性和耐磨性，最好采用N2而避免使用NH3，因为NH3中的H+对模具具有氢脆作用。需要注意的是深氮温度要低于淬火后的回火温度，避免模具基体硬度的降低，从而导致模具的失效。
2.6 深冷处理
深冷处理的原理是通过降低残余奥氏体，在模具表面形成压应力，提高模具的硬度和表面耐磨性。但需要注意安全。深冷处理的一般规范：模具（室温状态）—液氮（-196）℃/2小时—自然回到室温—160-170℃/4小时—空冷。
结语
综上所述，在热锻模具的生产过程中，需要注意的问题很多，生产人员要严格按照工艺步骤进行选材和生产制造，以提高模具的使用寿命，保证模具成品符合要求。
参考文献
[1] 江叔通.精化齿坯热锻工艺浅析[J].锻压装备与制造技术，2017，02：74-77.