模具钢的热处理和硬度选择

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1.热处理和模具寿命

什么是热处理？热处理是加热钢冷却所需的组织和性能的过程

三火热处理

● 退火（Annealing)—降低硬度，提高加工性能。铁素体( F）/球粒状珠光体( P）

● 淬火（Qunching)—提高硬度、强度和耐磨性。淬火组织:淬火马氏体( M ) 残留奥氏体（AR）● 回火（Tempering)—消除淬火应力，调节硬度，提高韧性。（M ) / 索氏体（S ）

典型的热处理工艺

低温回火的优点：

? 表面光亮，变形小，耐腐蚀性高，模具韧性高，硬度高

高温回火的优点：高温下工作稳定，氮化后可进行，PVD不易WEDM磨削开裂减少R.A %，尺寸稳定.

如何重新淬火？

必须先退火 避免韧性急剧下降 防止开裂

正火(常用于中低碳钢)

● 正火是将钢加热到所有奥氏体化温度，保温后空冷获得小珠光体的热处理工艺● 正火的目的：细化晶粒，使组织均匀;消除过共析钢中的原始组织中的网状碳化物;提高韧性，改善切削加工性;作为钢材的预先热处理或更终热处理.

2.合理选择模具的热处理硬度

一、>63HRC

●使用范围：一些耐磨性要求特别高的塑料，或一些产品设计特殊的浇口●材料：高速钢如SKH51

二、58-61HRC

●适用范围：小型模具及镶件加玻璃纤维40%以上，产品结构简单。●材料：DC53/skd11/D2

三、54-58HRC

●使用范围：产品加玻璃纤维30%以上，产品结构复杂，或用作耐磨块。●材料：635,440C SUJ2,GCr15

四、48-52HRC

●使用范围:啤酒长期生产超过100万硬模，或玻璃纤维15-30%，或电木模.●材料：420，H13，H11

五、44-48HRC●使用范围:中大型塑料硬模(3)D对角线超过400)，或设计应力集中的长期生产模具；以及长期使用的行位/斜顶●材料：420、H13、H11

压铸模/塑料硬模/行位

ADC3 vs DH31-S vsLKM2344SUPER

六、40-44HRC

使用范围：形状复杂，大型塑料模具热处理困难；或中等批量生产所需尺寸稳定的模具；要求材料韧性和耐磨性的行位/斜顶。H11,MEK4 、 LKM808E/NAK80

七、35-40HRC

●使用范围：中小批量生产的不防酸普通塑料模具；对材料耐磨性要求低的行位/斜顶●材料:LKM738H,LKM838H,LKM718H,LKM818H.

八、30-35HRC●使用范围：中小批量生产的大型塑料模具；对材料韧性要求高的行位/斜顶●材料：LKM738、LKM2311,LKM2083H、LKM2316,LKM420H(防酸),S136H,S-STAR(亮面),336

九、<30HRC

●使用范围：塑料模具成本低，无表面要求●材料：S45-55C、P20、WY2311

常用硬模材料硬度选择(H13 & 420 )

为防止淬火应力开裂，保持良好的韧性，必须使用较高的回火温度，因此应适当降低硬度.

3. 热处理变形

什么是变形？

● 工件尺寸和形状在热处理过程中的变化；● 模具变形是由热应力和组织模具变形；● 淬火和回火会导致翘曲变形，加热温度越高，变形越大。

变形的类型

加工应力

● 模具粗加工(车削，铣削、磨削)会在模具表面产生张应力；● 在热处理硬化过程中释放加工张应力，导致变形；● 热处理前应力处理可减少加工应力引起的变形。

消除应力处理

热应力

● 模具表面与心脏之间的温差是模具内部热应力的主要原因；● 加热时，钢的体积会增加，加热不均匀会导致方向钢的体积增加不一致，导致应力和变形；● 处理形状复杂的大型模具时，应采用缓慢的加热速度和增加预热步骤，以保证材料表面和心脏加热的均匀性。

淬火快冷慢冷

淬火速率过快导致开裂

组织转变应力

● 应力来自钢中的组织转变；● 钢在不同状态下的三种组织：铁素体、奥氏体和马氏体具有不同的晶体结构和体积。

碳钢在组织变化中的体积变化

热处理过程中不可避免的变形

热处理过程中可避免的变形

如何减少变形？

● 模具形状简单对称；● 粗加工后消除应力，然后进行热处理；● 在硬化过程中缓慢加热；● 采用合适的模具材料；● 淬冷时尽量采用温和的淬冷速率，但不能过慢得到正确的显微组织；● 选择合适的回火温度。

建议预留加工余量

4.利用表面处理技术提高模具寿命

磨粒磨损

粘着磨损

软氮化

● 气氛：NH3 C2H2● 时间：5-8 H● 温度：510--560 ℃● 氮化层深度：0.2mm● 表面硬度约600-110000HV● 适用范围:塑料模具、备件

离子氮化

● 气氛：N2● 时间：48--72 H● 温度：450--550 ℃● 氮化层深度：0.2—0.6mm●

渗碳淬火

● 气氛：煤油 甲醇● 时间：72 H● 温度：870-980 ℃● 渗碳层深度：0.8mm● 渗碳层表面硬度约50-6000HRC● 适用范围：备件

中高频感应加热

●不同功率线圈感应加热表面马氏体硬化层。高频1-1.5mm硬化层中频3mm硬化层，心脏仍处于退火状态。● 主要用于直径较小的边钉零件(标准60以下，非标50-80)

镀铬(镍)和黑处理

● 功能：提高耐腐蚀性和耐磨性；● 涂层厚度：0.01-0.02mm● 镀铬的负面影响导致氢脆

PVD硬涂层的功能

●减少刀具与加工材料、模具之间的磨损；●起到自润滑作用，摩擦系数小；●保护工模表面，避免刀模与加工材料直接接触；●有效提高耐磨性，大大提高工模的使用寿命。

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