通常模具用鋼都采用合金工具鋼戳稽、碳素工具鋼和高速工具鋼，其淬火后的組織主要是孿晶的亞結(jié)構(gòu)期升，有顯微裂紋的高碳針狀惊奇、片狀馬氏體。由于含碳量較高播赁，碳化物形成元素較多颂郎，鋼中不可避免的會存在網(wǎng)狀、帶狀和鏈狀碳化物容为，往往造成模具在使用中脆性斷裂乓序。由于低碳馬氏體亞結(jié)構(gòu)是位錯，具有較高的強(qiáng)度(硬度為45HRC～50HRC坎背，屈服強(qiáng)度為1000MPa～1300MPa)替劈、良好的塑性(δ5≥10%，ψ≥40%)和韌性(AKV≥59J)以及良好的冷加工性得滤、可焊性和熱處理畸變小等優(yōu)點娇建。因此，如何使模具鋼的淬火組織中得到更多的菊虏、甚至全部低碳馬氏體厘举，是提高模具強(qiáng)韌性、延長模具使用壽命的關(guān)鍵他案。目前發(fā)展方向是低碳結(jié)構(gòu)鋼的淬火組織希望得到全部板條馬氏體，以保證高的強(qiáng)韌性船酗；對高碳鋼傾向于降低碳含量或盡量降低淬火溫度來減少孿晶馬氏體數(shù)量质驻，以保證材料的韌性；對中碳合金鋼則傾向于采用高溫淬火收泥，得到較多或全部低碳馬氏體組織汁匪，來提高斷裂韌性。

　　低碳馬氏體在塑料模具中的應(yīng)用

　　1．低碳馬氏體滲碳型塑料模具鋼

　　低碳鋼琐店、低碳合金鋼模具在成形后進(jìn)行滲碳贩俺、淬火和低溫回火，使模具表面得到高碳細(xì)針狀回火馬氏體+顆粒狀碳化物+少量殘留奧氏體俊势，心部組織主要為低碳馬氏體洋魂。從而保證了模具表面具有高硬度(58HRC～62HRC)、高耐磨性喜鼓，而心部具有較高的強(qiáng)韌性(30HRC～45HRC)副砍，用于制造各種要求耐磨性良好、形狀復(fù)雜、承受載荷較高的塑料成形模具豁翎。

　　2．超低碳冷擠壓成型塑料模具鋼

　　國外廣泛應(yīng)用超低碳鋼冷擠壓成型工藝方法制造塑料模具角骤。由于需要冷擠壓成型，除碳含量較低外心剥，經(jīng)軟化退火后邦尊，硬度較低(≤160HBS，擠壓復(fù)雜型腔時≤130HBS)优烧，特別適合于冷塑性變形蝉揍。這類鋼在冷擠壓成型后進(jìn)行滲碳、淬火匙隔、回火疑苫。因此具有生產(chǎn)效率高、制造周期短纷责、模具精度高等優(yōu)點恒建。典型的鋼種有美國P系列低碳模具鋼、德國X6CrMo4鋼(≤0.07%C剿哪，質(zhì)量分?jǐn)?shù)差赂，下同)和國產(chǎn)LJ-08Cr3NiMoV鋼(≤0.08%C)。

　　3．低碳馬氏體鋼(≤0.25%C)強(qiáng)韌性型塑料模具鋼

　　低碳馬氏體鋼包括低碳碳素鋼和低碳合金鋼經(jīng)低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火處理后主厅，得到強(qiáng)韌性較高的低碳馬氏體組織拨俏，代替中碳鋼調(diào)質(zhì)處理或低碳鋼滲碳、滲氮處理咒祠，適用制造各種塑料模具智复，可顯著縮短模具制造周期，降低制造成本萌琉，提高使用壽命光樱，在塑料模具熱處理中廣泛應(yīng)用。

　　4．低碳馬氏體時效硬化型塑料模具鋼

　　(1)低碳馬氏體時效硬化鋼

　　該鋼具有較高的屈強(qiáng)比咧饭，良好的切削加工和焊接性能和熱處理工藝簡單等優(yōu)點尿愿。典型鋼種是超低碳18Ni鋼系列(≤0.03%C)，由于18Ni鋼價格昂貴栏渺，在國內(nèi)很少使用呛梆。近年來開發(fā)的06Ni6CrMoVTiAl(簡稱06鋼，≤0.06%C)磕诊，屬低鎳填物、低碳馬氏體時效硬化鋼。該鋼經(jīng)800℃～880℃加熱霎终，水或油冷卻固溶處理融痛，(500～540)℃×(4～8)h時效處理后的組織為低碳馬氏體+析出強(qiáng)化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC和TiN雁刷，硬度為42HRC～45HRC覆劈，屈服強(qiáng)度1100MPa～1400MPa。06鋼通常用來制作的收錄機(jī)磁帶盒模具沛励，其平均壽命>110萬件责语，是一種有發(fā)展前途的鋼種。

　　(2)國產(chǎn)低碳馬氏體析出(沉淀)硬化鋼

　　典型鋼種為25CrNi3MoAl和10Ni3MnCuAl(簡稱PMS)目派，適用于制作對變形率要求<0.05%坤候，鏡面要求或表面要求光刻花紋工藝的精密鏡面塑料模具。其中25CrNi3MoAl鋼經(jīng)830℃固溶處理后咧歪，硬度可達(dá)50HRC投篇，540℃×4h時效處理后，硬度為39HRC～42HRC厦湘；PMS鋼經(jīng)870℃×1h固溶處理爸备，510℃×4h時效處理后金相組織為低碳馬氏體基體上彌散分布大量細(xì)小金屬間化合物，其硬度為40HRC～43HRC哺里，抗拉強(qiáng)度為1000MPa～1300MPa荤勤。

　　5．低碳馬氏體耐蝕型塑料模具鋼

　　(1)低碳馬氏體不銹鋼

　　主要鋼種為2Cr13鋼(0.16%～0.25%C)和1Cr17Ni2鋼(0.11%～0.17%C)，適用于制造在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具骄鸽，透明塑料制品模具鹉陪。

　　(2)低碳馬氏體析出(沉淀)硬化型不銹鋼

　　典型鋼種為國產(chǎn)07Cr16Ni4Cu3Nb鋼(≤0.07%C，簡稱CR)铅粉，該鋼經(jīng)1050℃淬火后獲得單一的低碳馬氏體組織戴悔，硬度為32HRC～35HRC，可以直接進(jìn)行切削加工蓄盘；經(jīng)460℃～480℃時效處理后俏汇，硬度為42HRC～44HRC，良好的力學(xué)性能和抗蝕性土辩。例如聚三氟氯乙烯閥門蓋模具支救，原采用45鋼鍍鉻處理模具抢野，使用壽命為1000～4000件拷淘，后改用低碳馬氏體PCR鋼，壽命可達(dá)10000～20000件指孤。

　　低碳馬氏體在冷作模具中的應(yīng)用

　　1．低碳鋼冷作模具的低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火

　　一些國家已在冷作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中列入了低碳馬氏體鋼(≤0.25%C)启涯，例如在ISO4957.1999《冷作合金工具鋼》中有下列鋼種：5CrMo4鋼(≤0.07%C)、7CrMoNi2鋼(≤0.10%C)恃轩、20Cr13鋼(0.16%～0.25%C)结洼；德國工具鋼種：21MnCr5鋼(0.16%～0.24%C)、X6CrMo4鋼(≤0.07%C)、15NiCr18鋼(0.10%～0.17%C)松忍。

　　國內(nèi)也有不少應(yīng)用低碳馬氏體鋼強(qiáng)烈淬火工藝制造冷作模具的實例蒸殿。

　　(1)20鋼鋸齒鎖緊墊圈沖模該冷沖模用于沖壓65Mn鋼帶(179HBS～217HBS)。原采用T10鋼(48HRC～50HRC)鸣峭，使用壽命<1500次宏所；后采用Cr12MoV鋼(48HRC～50HRC)，使用壽命3000次音虹；而采用20鋼(46HRC～48HRC)穴示，使用壽命高達(dá)3～4萬次，其處理工藝為：(910±10)℃加熱次新，10%NACL鹽水冷卻爽步，不回火直接使用，而且成本低廉傲枕。

　　(2)Q235鋼剪板機(jī)刀片螺栓鍛件胎模沖頭曾選用GCr15沪峰、9SiCr、T8及45鋼跪消，由于工件有咬模衰惜、粘模現(xiàn)象發(fā)生准魁，鍛坯很難從模具中沖出挤夕，致使沖頭產(chǎn)生塑性變形、彎曲和斷裂卤竭，壽命較短沪么，每10件沖頭約沖螺栓800～1200件；而采用Q235鋼做沖頭材料锌半，經(jīng)950℃×5min鹽爐加熱禽车，10%NACL鹽水冷卻淬火后不回火直接使用，硬度為36HRC～40HRC刊殉，每10件沖頭能沖螺栓2000件以上殉摔，而且失效形式為塑性變形，消除了沖頭使用中碎裂現(xiàn)象记焊，保證了操作者的人身安全逸月。

　　(3)20CrMnTi鋼壓制鋁套冷擠壓模D16、D20型壓制鋼絲繩鋁套冷擠壓模原采用CrWMn鋼淬火回火后遍膜，硬度為45HRC～50HRC碗硬，盡管硬度要求在冷擠壓模中較低，但是由于CrWMn鋼碳化物不均勻性比較嚴(yán)重瓢颅，很難避免網(wǎng)狀恩尾、帶狀碳化物弛说，因此造成崩刃、開裂而早期失效翰意，使用壽命僅為1000多件舷到，有的僅幾百件甚至幾十件。選用20CrMnTi鋼制作D16集蛛、D20鋁套冷擠壓模羔题，經(jīng)950℃加熱鹽水淬火后，不回火直接使用首捶，模具硬度為46HRC～48HRC鉴何，壓制鋁套2000多件，仍在繼續(xù)使用按冷。

　　(4)20Cr鋼冷作模具該鋼經(jīng)滲碳淬火表面強(qiáng)化處理后矢妄，可使模具表面獲得細(xì)針狀回火馬氏體，硬度為58HRC～62HRC芳乎；心部獲得低碳馬氏體組織汇氛，硬度35HRC～40HRC，基體強(qiáng)韌性高捍睡，可滿足冷作模具高硬度呛靡、高強(qiáng)度、高韌性的使用性能要求唧取。例如铅鲤，汽車軟管鋅合金接頭八角模沖頭，硬度要求58HRC～62HRC枫弟。原采用Cr12MoV鋼制造的八角模的壽命很短邢享，往往不到2000件就斷裂；把沖頭材料換成20Cr鋼并經(jīng)滲碳處理后淡诗，滲層深1.0mm～1.2mm骇塘，硬度為60HRC～62HRC，使用壽命提高到3萬件韩容。

　　2．中碳合金鋼冷作模具的低碳馬氏體高溫淬火

　　對于中碳合金鋼冷作模具款违，可以通過提高奧氏體化溫度，使奧氏體晶粒更加均勻細(xì)化群凶，碳含量趨于減少插爹，Ms點升高，從而獲得更多的低碳馬氏體組織座掘，提高模具的強(qiáng)韌性递惋，有利于延長冷作模具的使用壽命柔滔。

　　(1)5CrMnMo鋼冷鐓機(jī)螺母冷鐓模的高溫淬火將5CrMnMo鋼的淬火溫度提高到900℃～950℃驳疚，可得到幾乎是單一的低碳馬氏體組織炬伶。例如，用5CrMnMo鋼制作的Z41.24型多工位冷鐓機(jī)螺母冷鐓模贞触，經(jīng)900℃～930℃加熱吻拼，180℃分級淬火，200℃×2次低溫回火處理后吗屏，使用壽命比Cr12MoV鋼的提高2.6倍局权，可完全取代T10A、9CrSi菱戒、Cr12MoV鋼制造較大截面的冷鐓模拒徐。

　　(2)60Si2MnA鋼冷鐓螺帽4序沖模的高溫淬火60Si2MnA鋼在高溫淬火后，組織中板條馬氏體數(shù)量增多慧跋，甚至可以獲得全部板條馬氏體組織莽每，有較高的斷裂韌度、沖擊韌度和優(yōu)良的耐磨性械兽。60Si2MnA鋼制冷鐓螺帽4序沖模辖备，經(jīng)920℃～950℃淬火后，使用壽命比正常溫度淬火的模具提高了2倍左右呈驶。

　　(3)5CrW2Si鋼冷剪切模的高溫淬火5CrW2Si鋼冷剪切模拷泽，經(jīng)950℃淬火和250℃回火后，得到板條馬氏體加少量均勻細(xì)化的碳化物和分布在板條馬氏體邊界的細(xì)小殘留奧氏體的組織袖瞻，可顯著提高冷剪切模剪刃的強(qiáng)度和韌性司致，壽命提高1.5～5倍。

　　3．高碳鋼冷作模具的低碳馬氏體低溫淬火

　　高碳鋼冷作模具淬火溫度愈低聋迎，奧氏體固溶碳含量也愈低蚌吸，Ms溫度愈高，低碳馬氏體數(shù)量愈多砌庄。因此模具具有較高的耐磨性和強(qiáng)韌性羹唠，變形和開裂的幾率很小。

　　(1)T10A鋼冷鐓模低溫短時加熱淬火T10A鋼冷鐓模(光沖)娄昆，按原工藝(780℃×20min鹽浴加熱淬火)處理時獲得孿晶馬氏體組織佩微，存在顯微裂紋，在沖擊載荷作用下萌焰，由于韌性差哺眯，常產(chǎn)生崩刃。現(xiàn)采用750℃×14min鹽浴加熱淬火篱瀑，200℃回火處理后止槽，可以得到細(xì)小的片狀馬氏體和50%(體積分?jǐn)?shù))以上的低碳馬氏體，減少了顯微裂紋送县，在保證高硬度的同時揍久，具有較高韌性嫡服，從而提高使用壽命近一倍。

　　(2)CrWMn鋼制小型模具的低溫淬火一般用CrWMn鋼制造生產(chǎn)手表用的小型凸模迁耘，經(jīng)常規(guī)熱處理后模具的使用壽命為1000～10000次伴竹，破損形式多為局部崩刃或整個頭部斷裂。CrWMn鋼制小型凸模的低碳馬氏體強(qiáng)韌化處理工藝為：700℃×10min預(yù)熱粤未，.790℃×(3～4)min鹽浴爐加熱报叁，在180℃石臘中等溫15min后，空冷缚袒，硬度為59HRC～61HRC付找；200℃×2h回火后，硬度為58HRC～60HRC绢贵，模具的刃磨壽命可達(dá)1～2萬次许起，總壽命可達(dá)10～20萬次。且在使用中不易發(fā)生崩刃及斷裂現(xiàn)象菩鲜，顯示出有極高的斷裂抗力园细。

　　(3)7Cr7Mo3V2Si(LD)鋼冷擠壓凸模的低溫淬火LD鋼冷擠壓凸模，按常規(guī)工藝1100℃～1150℃加熱淬火處理后接校，使用壽命僅3000～4000次猛频。改用1050℃×25min鹽浴加熱油冷和200℃×2.5h回火后，獲得板條馬氏體+彌散碳化物組織蛛勉，硬度為60HRC～61HRC鹿寻，使用壽命提高到2萬次。

　　低碳馬氏體在熱作模具中的應(yīng)用

　　熱作模具鋼經(jīng)高溫加熱可使鋼中的合金碳化物大量溶入奧氏體中诽凌，提高了基體的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性毡熏，同時，相應(yīng)地提高回火溫度侣诵，可使組織中板條馬氏體的份額有大幅度增加痢法，斷裂韌度和小能量多沖壽命有所提高。如果加熱溫度選擇適當(dāng)杜顺，則沖擊韌度和塑性仍能保持在一定水平上财搁，從而可使熱作模具的使用壽命大幅度提高。因此卿才，目前熱作模具的淬火加熱溫度有向高溫發(fā)展的趨勢蝉丧。熱作模具鋼的另外一個發(fā)展趨勢是降碳、低碳化本博。目前有的國家已在熱作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中列入了低碳馬氏體鋼(≤0.25%C)就留。例如，美國H25鋼(≤0.25%C)何大、德國21CrMo10鋼(0.16%～0.23%C)拭奖、法國20MoNi34.13鋼(0.18%～0.23%C)等梆载。對于形狀簡單，生產(chǎn)批量小和交貨期短的產(chǎn)品零件莉紊，可以選用低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，特別是高溫強(qiáng)度好攀誓、抗蠕變性能好的20CrMo幼潮，20CrMnMo等含Mo的低碳低合金耐熱結(jié)構(gòu)鋼制造熱作模具，直接進(jìn)行低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火坏榜。

　　(1)3Cr2W8V鋼熱作模具的高溫淬火3Cr2W8V鋼熱作模具采用高溫淬火和高溫回火工藝處理后坯苹，可獲得更多的板條馬氏體組織，有較高的回火穩(wěn)定性摇天、高溫強(qiáng)度粹湃、高溫耐磨性和熱疲勞性，可顯著提高模具壽命泉坐。用3Cr2W8V鋼制M12×50的圓柱螺柱(材料為40Cr)熱鍛模为鳄，采用1180℃加熱淬火，640℃×2h×2次回火后腕让，可以得到90%以上的板條馬氏體孤钦，平均使用壽命由3000～5000件提高到3～4萬件。

　　(2)5CrNiMo鋼錘鍛模的高溫淬火5CrNiMo鋼制作的480mm×450mm×295mm的錘鍛模纯丸，原熱處理工藝為860℃×5h油淬和500℃×10h回火偏形，硬度為42HRC。鍛打齒輪毛坯2500件時觉鼻，鍛模便發(fā)生塑性變形俊扭，需修模后方可繼續(xù)使用。改用新工藝坠陈，900℃×5h油淬贝泞，500℃×10h回火，硬度為43HRC蘸错，鍛打同樣的齒輪毛坯8100件仍可繼續(xù)使用肚浴。國內(nèi)其他工廠的試驗表明，將淬火溫度由860℃提高到960℃苇恤，鍛模的使用壽命能夠提高2.5倍淡碟。

　　(3)熱作模具高溫雙重淬火處理4Cr5MoSiV1鋼高溫雙重淬火工藝為：1160℃淬火+720℃回火+1050℃淬火+350℃回火。雙重淬火可減小未溶碳化物尺寸和體積分?jǐn)?shù)供窝，使碳化物顆粒間距增大一步。當(dāng)?shù)诙囝w粒平均間距增大時，可使斷裂韌度增大百涕。高溫淬火可顯著減少孿晶馬氏體率满，增加位錯馬氏體茂禁，使模具具有高的斷裂韌度。因此夷呐，高溫雙重淬火與普通淬火(1020～1050)℃相比瞻窗，斷裂韌度可提高30%～40%，有利于提高熱作模具鋼的疲勞裂紋的擴(kuò)展抗力和熱疲勞開裂的抗力悼做，使模具具有最佳的熱疲勞性能疯特，從而提高熱作模具的使用壽命。

　　(4)20Cr鋼熱鍛模的低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火拉索冷鑄錨杯索節(jié)扣體是斜拉橋關(guān)鍵受力固定端件肛走，技術(shù)要求必須是模鍛件漓雅。由于合同訂貨數(shù)量僅88件，因此采用強(qiáng)韌性高朽色、耐沖擊邻吞、有一定熱強(qiáng)性的20Cr鋼制造索節(jié)扣體熱鍛模。其加工工藝流程為：下料—鍛造—鍛造余熱正火(形變正火)—粗加工—淬火葫男、回火—精加工抱冷。熱處理工藝為：920℃加熱，10%NACL鹽水淬火梢褐，430℃回火徘层。該工藝不僅消除淬火軟點，提高模具淬透性利职，而且可以提高模具屈服強(qiáng)度和沖擊韌度趣效，保證模具使用壽命。經(jīng)上述工藝處理后的索節(jié)扣體熱鍛模撼盈，平均硬度40HRC绊叙，金相組織為較細(xì)板條馬氏體，圓滿地完成了合同任務(wù)节讹。

　　(5)Q345B鋼鉚焊熱鍛模的低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火XKJ44.5mm～48mm大型體育場館斜拉鋼絲纜索澆鑄接頭體是模鍛件(質(zhì)量98.5KG)夸营，由于批量僅40件，選用厚度40mm的Q345B鋼板漾肩，采用鉚焊的工藝方法贫介，將7層板制成400mm×400mm×290mm的熱鍛模。工藝流程為：下料—鉆孔—鉚接—焊接—機(jī)加工—淬火—鉗修掘鱼。經(jīng)箱式爐950℃快速加熱(20s/mm)翠蓄，鹽水深冷淬火冷卻，不回火直接使用鸣拦。模具平均硬度46HRC抢纹，完成40件后，仍能繼續(xù)使用。

　　(1)低碳馬氏體具有相當(dāng)高的強(qiáng)韌性谚剿，是模具鋼理想的淬火組織缝驳。

　　(2)低碳馬氏體鋼(≤0.25%C)進(jìn)行強(qiáng)烈淬火和表面強(qiáng)化處理，可以代替模具鋼制造各類模具归苍。

　　(3)中碳鋼模具采用高溫淬火用狱，可以獲得更多的、甚至全部低碳馬氏體組織拼弃，顯著提高模具的強(qiáng)韌性夏伊。

　　(4)高碳鋼模具采用低溫淬火，可以獲得較多的低碳馬氏體組織肴敛，顯著提高模具的使用壽命署海。

　　(5)模具鋼淬火組織低碳馬氏體化吗购，模具鋼降碳医男、低碳化，是模具鋼熱處理的重要發(fā)展趨勢捻勉。

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