工业设计用模具钢材料的新型热处理工艺研究

材料的热处理工艺，对于模具的使用寿命以及使用性能有着非常大的影响。不同的热处理工艺会影响到模具的高温强度以及冲击韧度。本文依照工业设计用模具的特殊工作环境条件，结合模具失效问题出现的原因，探讨了工业设计用模具钢材料的新型热处理工艺。

关键词：工业设计；模具钢材料；热处理

中图分类号：TG161 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11 （A）-0000-00

一、工业设计用模具钢材料的组成设计

1.钢材料组成设计原则

在采用3Gr3W8V钢材料时，由于其中包含有相对多的W元素，所以制作出的模具有着非常优异的高温强度。不过其冲击韧性相对不足，极易出现早期的开裂现象，从而导致模具失效而无法使用。在此基础之上，科研人员又研制开发了HM1型钢材料，此种钢材料采用更为适宜的W含量，同时向钢材料中加入了Mo元素，这样不仅可以确保钢材料拥有非常优异的高温强度，同时也极大的提升了钢材料的冲击韧性。不过，采用HM1型钢材料制作工业设计用模具时，易出现高温强度偏低的问题，而导致堆塌现象的出现，使模具失效。所以，根据模具在使用过程中的环境条件，为了使模具可以承受更大的载荷作用，通过科学配置不同元素之间的比例，让制作出的模具可以拥有非常优良的高温强度，并且也能显著的改善模具的冲击韧性，这就是在设计模具材料组成时需要遵循的原则。

2.合金的成分

不同的合金组成情况，会对模具的使用周期以及力学性能产生非常大的影响。此次在HM1型钢材料的基础上，通过调配C元素、Mo元素、W素以及Nb元素等合金物质的比例，开发出具有更加优良性能的工业设计用模具钢材料。

二、新型热处理工艺

1.C曲线的测定

要想更加科学、合理的制定钢材料采用何种热处理工艺，就应当事先掌握所使用材料的相变规律情况。所采用钢材料的C曲线如图1所示。

所采用的钢材料不断的加热，使其结构由铁素体会逐渐的转换为奥氏体，其转换温度值为Ac=928℃。而钢材料结构组成中，珠光体转换为奥氏体的温度值则为Ac1=847℃。马氏体转换为奥氏体的温度值是Ms=375℃。

2.热处理工艺和钢材料的性能特征

依照所得钢材料的C曲线，同时结合模具工作环境对钢材料的特殊要求，对钢材料进行淬火时所选择的温度区间为1050℃-1120℃，所选择的回火温度区间为560℃-640℃。如果在淬火的过程中，温度超过1150℃，那么会极易导致钢材料中出现较大的晶粒，从而导致钢材料的力学性能极大的降低。所以，高出1150℃的温度范围，不应当选用。为了进一步的了解钢材料在经过淬火操作以及回火操作后所具有的特性，再次分别选择温度值为1050℃、1080℃、1100℃以及1020℃对钢材料进行淬火处理，分别选择温度值为560℃、580℃、600℃、620℃以及640℃对钢材料进行回火处理，其处理后所具有的力学性能。

钢材料在温度值为600℃以及620℃的回火处理后发生了非常显著的二次硬化现象，使钢材料的硬度增加到了52HRC-57HRC。而经过温度值为640℃的回火处理后，钢材料的硬度则出现了直线下降的趋势，这是因为在钢材料里面添加了Mo元素以及V元素。Mo元素在钢材料中是存在于非常细小的一些碳化物之中，对于钢材料的二次硬化是非常有利的。而V元素则更加的有利于钢材料中V4C3物质的弥散强化，能够把更大量的Gr元素以及Mo元素融进钢材料之中，对于Gr所形成的碳化物析出问题有着明显的抑制作用，使基体拥有更加好的固溶性能，进而使钢材料拥有了更优良的高温强度以及更加稳定的回火性能。当钢材料经过600℃以及620℃的回火處理后，钢材料会拥有更加高的强度值。而在经过640℃的回火处理后，却可以使钢材料至自身的伸长率有所改善。在经过640℃的回火处理后，钢材料的强度以及硬度都不能满足模具使用环境条件的相关要求，所以，不应当采用此温度作为回火温度。

钢材料在1120℃温度值的淬火处理以及在620℃温度值的回火处理后，其拥有最为优良的强度以及硬度，同时钢材料也具备非常优良的冲击韧性。在实际中，为了更具有可控性，应当选用的最佳淬火温度区间为1080℃-1120℃，最佳回火温度区间为600℃-620℃。

3.回火后钢材料的组织构成

对钢材料在经过淬火以及回火处理后进行组织构成分析得出，钢材料在经过温度值为1080℃-1120℃的淬火以及温度值为600℃-620℃的回火处理后，其组织可以分成四种，分别为：半条形状的马氏体组织、马贝复相组织、非常细微且均匀分布的碳化物以及极微少的奥氏体组织。而钢材料中主要包含板条状的马氏体以及下贝氏体组织，会使钢材料具有较为优良的韧性。并且，钢材料中也分布着非常细微的碳化物，这样可以使钢材料的弥散强度得以强化。钢材料所具有的硬度值会受到多个方面的因素作用，其中最为主要的是钢材料中不同元素所具有的硬化作用以及少量奥氏体所具有的软化作用。由于奥氏体带来的软化现象以及晶界弱化问题，而最终使钢材料表现出了具有较低的硬度以及强度。所以，在对钢材料进行淬火处理时，其温度应当控制在1150℃之内。进行回火处理时，其温度应该控制在640℃之内。所以，对钢材料的热处理工艺中，把淬火温度设定为1080℃-1120℃之间，而把回火温度设定为600℃-620℃之间。

三、新型热处理工艺的应用效果

采用新的热处理工艺，对钢材料进行热处理，经过近2年的时间跟踪，其表现出非常优异的性能。通过新热处理工艺处理后的钢材料，所制作的工业设计用模具，其使用周期要比之前的模具延长1.5倍左右。当模具使用超过5000次后，也未发现有裂纹以及堆塌的问题，具有非常好的应用效果。

四、结论

本文在对钢材料进行优化的基础之上，采用了全新的热处理工艺，并找出了最佳的热处理条件，即在温度值为1080℃-1120℃的区间内，进行淬火处理。在温度值为600℃-620℃的区间内，进行两次回火处理。这样可以使工业设计用模具钢材料拥有更为优良的高温性能，其实际应用也具有非常好的效果。

参考文献

[1]陆元三.改善铬钼模具钢综合性能的热处理工艺研究[J].模具技术.2016（04）

[2]周娟.Cr12MoV钢的热处理工艺改进[J].科技与企业.2016（08）