答：热作模具包括热锻模、压铸模和热挤压模，由于工作期间承受高温金属而被加热，所以需要在高温下，仍然保持较高的强度和耐磨性。

在通常的热处理技术标准中，往往只是写明硬度要求，而没有明确提出其他性能指标，其他性能指标只是隐含在热作模具的前提中，这些指标在实际生产过程中的实现，需要对工艺过程进行控制。

在热处理过程中由于加热温度和保温时间不充分，模具钢中的合金元素没有充分奥氏体，淬火回火组织就会出现回火不足现象，抗高温强度就不够，红硬性差，使用中模具龟裂、早期开裂，变形等缺陷。

目前外加工协作的热处理以硬度为标准来热处理热作模具的现象十分普遍。必须通过控制生产过程，使工件保温充分，热处理工艺以满足红硬性为标准，不能仅仅认为达到硬度要求就是合格模具。

2、热模具服役期间要做那些热处理？

答：热作模具钢模具在服役期间做维护处理的工艺用：

1) 压铸模具在使用一段时间以后，在补充软氮化；

2) 压铸模在使用一段后要进行低于回火温度的去应力处理；

3) 锻模在使用一段时间进行去应力处理。

3、合金模具钢加热速度需要控制吗？

答：在热处理淬火加热过程升温速度是一个十分重要的参数，通常应该采用缓慢的加热方式，升温速度小于120℃/h，比较理想，可以减少工件在加热过程中变形，对淬火开裂也起到一定的预防作用。

在现实生产中采用分段升温的方法来达到控制升温速度，实现缓慢加热的效果。分段原则是在加热相变Ac1之前预热段和相变Ac1之后的预热段。在＜550℃低温阶段是钢的弹性阶段，大于这个温度以后是塑性阶段，在加热相变Ac1之前预热段是保证工件在Ac1相变是均匀一致，减少相变引起体积变化，碳钢的预热通常在450～550℃，高合金钢可以再550～650℃、820～850℃两个阶段预热。预热系数根据加热炉型和装炉量确定，无论何种状态，预热时间必须比最终奥氏体化时间长。

对于盐浴炉加热的工件必须预热，对于箱式电阻炉加热的工件控制升温速度，高于150℃ /h升温速度是不合理的。

4、模具钢采用调质预处理的主要作用是什么？

答：模具毛坯的调质处理的目的是，为了获得硬度为18O～320HB的细球化体或超细晶粒碳化物。目前，国内已推出不少新钢种，并不断提高现有钢种的冶金质量来满足工模具的需要。同样在热处理方法上作了不少改进，除最终热处理不断采用新设备(真空热处理)、新工艺、新技术外，还对传统的预先热处理作了很大的变动，并引起业内人士的广泛关注。如冷作、热作模具原普遍采用的球化退火或等温球化退火，现有些已改用调质或超细化处理。合理的调质工艺，可获得良好的原始组织，以改善淬火工艺性能并提高淬火后的强韧性。

1）调质处理的主要作用

⑴获得分布均匀、颗粒细小、形状圆整的碳化物。

⑵可有效地克服粗大珠光体、二次碳化物网或轻微带状偏析，以及大截面模块心部的铸态组织。

⑶可充分消除加工后的残余应力，减少淬火变形。

⑷可作为预硬化处理。

2）调质处理的典型用途

⑴改进表面加工质量如碳工钢或低合金工具钢退火后硬度过低，加工后表面光洁度太差，可补充调质成硬度为183～229 HB的细球化体组织，能显著改善表面加工质量。对40Cr、45等中碳钢，调质到260～300HB时，精加工后能获得高的光洁度。

⑵防止淬火开裂

用于冷态辗轧、校直的成型轧辊，大多采用 9Cr2或Cr2钢制作，一般采用喷水淬火或用氢氧化钠水溶液浸淬，由于形状复杂，易于淬裂，例如在精加工前，调质为硬度197～229HB的细球化体既能保证良好的淬透性，又可以有效地降低淬裂倾内。

⑶保证淬硬性

φ30mmCr2钢轧辊，盐浴加热淬火后的硬度与毛坯的预处理工艺有关。退火毛坯的淬火硬度为65～66.5HRC，平均66HRC；调质（毛坯850℃淬油，660～680回火，229HB）的淬火硬度为66～67HRC，平均66.8HRC，且硬度高而均匀，未发生淬裂。

⑷用于预硬化模块的强化处理铝合金压铸模采用渗氮表面强化时，均应采用调质工艺进行预强化处理。塑料模具、冲压有色金属薄板或箔料的凹模，也可采用调质预强化。调质后再进行精加工。

5、常用模具钢调质预处理工艺规范是什么?

答：常用模具钢调质预处理典型工艺规范如表7-3：

表7-3  模具钢调质工艺规范

6. 为什么T8加热容易过热？

答：用作冷模具的碳素工具钢主要有T7A 、T10A 、T11A几种，其中又以T10A 钢应用得最为普遍。冷模具较少采用T8钢，主要原因是T8钢淬火加热时组织中没有过剩的碳化物，甚至在加热温度比较低（780～790 ℃）的条件下，晶粒容易长大，淬火加热过热敏感性大，使用韧性较差，耐磨性差。而过共析钢T10A 、T11A在淬火后组织中还保留一些剩余的碳化物，可提高模具的耐磨性，加热时能获得比较小的晶粒，淬火时过热敏感性小，热处理可得到较高的强度和一定的韧性。这就是T10A 钢应用比较普遍的原因。碳含量超过1.1 %的过共析钢T12A过剩的碳化物很多，并且颗粒较粗大，碳化物在组织中的分布也不均匀，容易形成网状或断续网状，使钢的机械性能变坏。但是，对于韧性要求不高，只要求高硬度和耐磨性的切边模和剪刀，T12A 还是可以采用的。

7. SKD11、SLD-8等模具钢如何稳定化处理？

答：SKD11的推荐淬火回火的热处理工艺是：

（1）预热500～600℃----第二次预热820～860℃，淬火加热980～1040℃，淬火介质：油冷或气淬；淬火硬度60～65HRC；

（2）预热500～600℃----第二次预热820～860℃，1060～1100℃，淬火介质：油冷或气淬；淬火硬度60～65HRC；回火方式有：低温回火：180～230℃×2～3次，硬度58～62；高温回火：510～520℃×2～3次，硬度58～62HRC；

SLD-8模具钢是1%C-8%Cr-2%Mo-V系模具钢，热处理工艺是：预热500～600℃----第二次预热750～800℃，淬火加热温度1020～1040℃，淬火介质选择气淬；淬火硬度60～65HRC；低温回火：150～250℃×1次，≥58HRC硬度；高温回火：525～550℃×1次，硬度≥62HRC； 注意实际使用中应该至少2～3次回火。

这类冷作模具钢的稳定化处理通常采用的是在热处理淬火之后接着进行冷处理，然后在进行低温回火或高温回火。对于线切割的工件必须经过高温回火。冰冷的处理温度≤-120℃，采用液氮冷却介质。使残余奥氏体充分转变，提高使用中的尺寸稳定性。对于不做冷处理的工件应该采用在2～3次高温回火之和最终机械加工之后再进行400℃的回火温度来代替，实践证明同样可以达到冰冷处理的稳定尺寸的效果。

8. 热作模具钢淬火中贝氏体组织是否有害？

答：热作模具钢应先淬火得到马氏体组织，然后在经过高温回火获得高韧性等使用性能要求。如果在淬火组织中存在贝氏体，在高温回火时，将沿着条状的α相的晶界析出碳化物，并在该处集聚长大，使钢的冲击韧性降低，出现“贝氏体脆性”。为了避免出现“贝氏体脆性” , 应增加淬火冷却强度，防止工件高温时进入回火工序，同时尽量避免在淬火过程中在贝氏体温度间分级或等温处理。为了防止开裂而必须采用分级处理时尽量缩短分级等温时间，分级时间保证工件表面和心部温度达到一致就转为冷却工序，淬火后的组织中的贝氏体量限制在15 %以下。～520℃×2～3次，硬度58～62HRC；

SLD-8模具钢是1%C-8%Cr-2%Mo-V系模具钢，热处理工艺是：预热500～500℃----第二次预热750～800℃，淬火加热温度1020～1040℃，淬火介质选择气淬；淬火硬度60～65HRC；低温回火：150～250℃×1次，≥58HRC硬度；高温回火：525～550℃×1次，硬度≥62HRC； 注意实际使用中应该至少2～3次回火。

这类冷作模具钢的稳定化处理通常采用的是在热处理淬火之后接着进行冷处理，然后在进行低温回火或高温回火。对于线切割的工件必须经过高温回火。冰冷的处理温度≤-120℃，采用液氮冷却介质。使残余奥氏体充分转变，提高使用中的尺寸稳定性。对于不做冷处理的工件应该采用在2～3次高温回火之和最终机械加工之后再进行400℃的回火温度来代替，实践证明同样可以达到冰冷处理的稳定尺寸的效果。

9. 高速钢用作模具时的热处理奥氏体化加热的温度是多少？

答：常用高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等注意在刀具上使用。近年来，随着冷冲压、冷轧加工用的各种机械的高速度化及复杂化，模具使用寿命要求日益提高，一般常用的碳素工具钢及合金工具钢，在强度还是在耐磨性能方面，都不能满足要求，所以选用高速钢来制作这些模具。但是经过常规刀具热处理工艺处理的高速钢，最大缺点在于韧性不高，使用中容易崩刃或断裂。为了提高韧性，首先考虑用降低高速钢的淬火加热温度和回火温度，来使之满足工作上的要求，在常温下使用的冷作模具，其耐磨性能及韧性要比热硬性更重要，经过试验证明：降低温度淬火处理正是提高韧性并保持耐磨性的有效手段。

由于高合金化的缘故加热降低不能太多，否则出现淬火硬度低的现象，一般通过两次预热：600℃一次预热，盐浴炉的预热加热系数ａ=1～2min/mm，830℃二次预热，盐浴炉的预热加热系数ａ=0.4～0.5min/mm，最终奥氏体化的温度分别是：W18Cr4V淬火加热温度1200～1240℃，W6Mo5Cr4V2淬火加热温度1800～1200℃，W9Mo3Cr4V （Ac1≈835，℃Ac3≈875℃）淬火加热温度1800～1200℃，盐浴炉的预热加热系数ａ=0.2～0.3min/mm，装量一般不要太多，防止加热不均匀，淬火冷却可以采用油冷或者高压气淬；晶粒度在10～10.5级。回火温度可以在550～590℃之间根据硬度值需要选择。回火次数2～3次。硬度控制在60～62HRC之间比较理想。

10. CrWMn钢热加工时容易出现何种缺陷组织？

答：CrWMn钢具有高的淬透性，工件尺寸在Ø40～Ø50mm以下时，在油中可以淬透，因含有W，在淬火和低温回火后含有较多的碳化物，具有较高的硬度和耐磨性。 W还能细化晶粒，使钢获得较好的韧性并减小过热敏感性，正常情况，希望获得均匀分布的细小碳化物，但热加工不当时易成网状，使钢韧性变差，易于崩落，降低模具寿命。所以应严格控制热加工工艺。当原材料网状碳化物严重时，应反复锻造，破坏网状，并快冷至650～700℃ 后缓冷，以防再形成网状。

CrWMn钢的热处理工艺：

1）退火工艺：

2. CrWMn钢锻造后均需要等温球化退火处理，退火加热温度：790～830℃，等温温度700～720℃，退火后的组织比较均匀，退火硬度约为255～207HBS。由于CrWMn锻后易成网状的特点，锻后有较严重的网状碳化物析出，则在球化退火之前应进行一次正火处理，正火温度为 930～950℃，然后空冷。

2）淬火工艺：

淬火加热温度820～540℃，保温时间根据不同炉型以及装炉量确定。油淬硬度为63～65HRC，直径φ40～φ50mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860℃加热、280℃等温淬火后，强韧性明显提高。CrWMn 钢的淬透性特点是波动范围大，通常直径φ40～φ50mm的钢件油中可以淬透。

3）回火工艺：

回火温度160～200℃，回火硬度60～62HRC。

11. 模具钢中反常组织是什么原因引起的？

答：反常组织工件在奥氏体化加热后缓慢冷却，在冷却组织中出现晶界网状碳化物和包围这个网状碳化物的铁素体组织。在热作模具钢3Cr2W8、H13中在锻造之后采用停锻时的温度时没有采用正确的冷却工艺，应该首先快冷到700℃以下，再进行退火处理，反而是采用(Ar1～Acm温度范围)进行余热退火处理。由于锻造温度加热温度过高，高温奥氏体化加热充分，合金碳化物溶解完全，在紧接着的余热退火保温过程中，奥氏体中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集长大，形成网状碳化物，并造成碳化物与晶粒之间形成贫合金、贫碳的铁素体带，即反常组织。碳化物形式有M2C、M23C6。

热作模具钢的碳含量3Cr2W8、H13分别在0.30%～0.40%，0.32%～0.4%，形成的碳化物细小，不容易检查。往往容易忽略。加上市场价格的竞争，往往不会采用高温正火等工序来消除，这种组织就遗传给最终热处理。

碳化物M23C6在900℃以上开始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奥氏体中，M2C只能在1150～1200℃的温度部分溶解于奥氏体中，热处理淬火后网状碳化物遗留下来，同时使淬火硬度也会降低。具有这种组织模具的使用寿命很低，一般以早期开裂为主，开裂形式是碎裂成多块。

12. 模具钢能否使用保护气氛加热进行热处理？

答：模具钢中有高碳类、中碳类，热处理加热温度有中温和高温。目前采用热处理的炉型主要有中、高温箱式电阻炉、盐浴炉、真空炉。很少采用少无氧化的保护气氛炉做模具钢的热处理。一方面是加热元件和耐热钢合金的寿命短，另一方面是保护气体的选用问题。

例如：5CrMnMo等中温加热处理的模具采用箱式炉（或室式炉）进行淬火加热，为了避免氧化、脱碳，一般采用装箱加热，使用木炭或旧渗碳剂填充保护。这样可能造成模具表面渗碳。渗碳除了掩盖了模具本身的真实硬度外，主要缺陷还是极容易产生表面热疲劳裂纹，异致早期脆裂或寿命降低，生产实践中这种情况相当普遍，一些锻型模具的热疲劳裂纹，实际就是由于渗碳而引起。

在实际生产中可以采用甲醇滴注式气体作为保护气体来处理中碳合金钢模具，例如：H13、H11、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo等，热处理奥氏体化加热时间在4～6h时，脱碳层小于0.6mm。使用甲醇气体时注意在720℃以下温度不要通入，防止引起炉内气体爆炸。甲醇气体的通入量从排除废气的火苗高度来判别，一般在100～200mm就可以了。过小的通入量，气氛的还原性不够，虽然出炉的工件不会氧化，但是会增加脱碳深度。

对模具钢进行氮基气氛保护淬火试验时，发现1100℃ 以上加热时，碳势控制不稳，甚至出现碳势急剧下降现象。因此氮基气氛热处理使用温度应控制在1050℃以下为宜。

至于高碳合金模具钢，例如Cr12型 冷作模具钢的保护气氛，仍然可以选用甲醇气体。

13. 模具钢尺寸在≥200mm时，如何确定其回火时间？

答：大多资料推荐回火2h或没有说明回火时间，推荐的保温时间在生产实践中应该做比较的的修正，资料中的数据应该是指模具表面以及心不均到温后的保温时间，如果按照在仪表到温时即开始计算时间，对于大型模具如果保温2h显然是不够的，稍大一点的模具就不能透烧。

高、中合金模具钢在电阻炉中于520～650℃左右加热时，单件加热到温的加热时间约1min/mm，直径或厚度为200毫米的模具，在有循环风机或无循环风机的情况控制仪表到温后加热时间需要150～200min的透烧时间，保温120分，回火时间共需5～6h。如果考虑多件装炉时，应根据模具之间的间距考虑间隔系数。间隔系数只考虑在加热时间内，不包括保温时间。如直径Ø200mm的模具间距100mm装炉系数按1.5min/mm，加热时间，则应为200min×1.5min/mm ，加上保温2h总回火时间 8 h。对于模具厚度在100～200mm尺寸，散放多件装炉，高温回火时间需要在5～8h之间调整。

也可以参照按模具厚度或直径以25～30mm/h的方法计算总回火时间。