模具熱處理技術(shù)現(xiàn)狀及走勢

模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程。它對模具的如下性能有著直接的影響。

模具的制造精度：組織轉(zhuǎn)變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應(yīng)力過大造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過程中的變形，從而降低模具的精度，甚至報廢。

模具的強度：熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好，造成被處理模具強度（硬度）達不到設(shè)計要求。

模具的工作壽命：熱處理造成的組織結(jié)構(gòu)不合理、晶粒度超標等，導(dǎo)致主要性能如模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降，影響模具的工作壽命。

模具的制造成本：作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數(shù)情況下會使模具報廢，即使通過修補仍可繼續(xù)使用，也會增加工時，延長交貨期，提高模具的制造成本。

正是熱處理技術(shù)與模具質(zhì)量有十分密切的關(guān)聯(lián)性，使得這二種技術(shù)在現(xiàn)代化的進程中，相互促進，共同提高。20世紀80年代以來，國際模具熱處理技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)、模具的表面強化技術(shù)和模具材料的預(yù)硬化技術(shù)。

模具的真空熱處理技術(shù)
真空熱處理技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術(shù)，它所具備的特點，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣，消除氫脆，從而提高材料（零件）的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內(nèi)外溫差較小等因素，決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。

按采用的冷卻介質(zhì)不同，真空淬火可分為真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。模具真空熱處理中主要應(yīng)用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件（如模具）真空加熱的優(yōu)良特性，冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要，模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。

對于熱處理后不再進行機械加工的模具工作面，淬火后盡可能采用真空回火，特別是真空淬火的工件（模具），它可以提高與表面質(zhì)量相關(guān)的機械性能，如疲勞性能、表面光亮度、而腐蝕性等。

熱處理過程的計算機模擬技術(shù)（包括組織模擬和性能預(yù)測技術(shù)）的成功開發(fā)和應(yīng)用，使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產(chǎn)的小批量（甚至是單件）、多品種的特性，以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點，又使得模具的智能化熱處理成為必須。模具的智能化熱處理包括：明確模具的結(jié)構(gòu)、用材、熱處理性能要求；模具加熱過程溫度場、應(yīng)力場分布的計算機模擬；模具冷卻過程溫度場、相變過程和應(yīng)力場分布的計算機模擬；加熱和冷卻工藝過程的仿真；淬火工藝的制定；熱處理設(shè)備的自動化控制技術(shù)。國外工業(yè)發(fā)達國家，如美國、日本等，在真空高壓氣淬方面，已經(jīng)開展了這方面的技術(shù)研發(fā)，主要針對目標也是模具。

模具的表面處理技術(shù)
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外，其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要。這些表面性能指：耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。這些性能的改善，單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟的，而通過表面處理技術(shù)，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術(shù)得到迅速發(fā)展的原因。

模具的表面處理技術(shù)，是通過表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。

滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式，每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術(shù)，可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性，同時滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此模具的表面強化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用最廣泛的。

模具滲碳的目的，主要是為了提高模具的整體強韌性，即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性，由此引入的技術(shù)思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料，從而降低制造成本。

硬化膜沉積技術(shù)目前較成熟的是CVD、PVD。為了增加膜層工件表面的結(jié)合強度，現(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術(shù)。硬化膜沉積技術(shù)最早在工具（刀具、刃具、量具等）上應(yīng)用，效果極佳，多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術(shù)。目前的技術(shù)條件下，硬化膜沉積技術(shù)（主要是設(shè)備）的成本較高，仍然只在一些精密、長壽命模具上應(yīng)用，如果采用建立熱處理中心的方式，則涂覆硬化膜的成本會大大降低，更多的模具如果采用這一技術(shù)，可以整體提高我國的模具制造水平。

模具材料的預(yù)硬化技術(shù)
模具在制造過程中進行熱處理是絕大多數(shù)模具長時間沿用的一種工藝，自上個世紀70年代開始，國際上就提出預(yù)硬化的想法，但由于加工機床剛度和切削刀具的制約，預(yù)硬化的硬度無法達到模具的使用硬度，所以預(yù)硬化技術(shù)的研發(fā)投入不大。隨著加工機床和切削刀具性能的提高，模具材料的預(yù)硬化技術(shù)開發(fā)速度加快，到上個世紀80年代，國際上工業(yè)發(fā)達國家在塑料模用材上使用預(yù)硬化模塊的比例已達到30％（目前在60％以上）。我國在上世紀90年代中后期開始采用預(yù)硬化模塊（主要用國外進口產(chǎn)品）。

具材料的預(yù)硬化技術(shù)主要在模具材料生產(chǎn)廠家開發(fā)和實施。通過調(diào)整鋼的化學(xué)成分和配備相應(yīng)的熱處理設(shè)備，可以大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的預(yù)硬化模塊。我國在模具材料的預(yù)硬化技術(shù)方面，起步晚，規(guī)模小，目前還不能滿足國內(nèi)模具制造的要求。

采用預(yù)硬化模具材料，可以簡化模具制造工藝，縮短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以預(yù)見，隨著加工技術(shù)的進步，預(yù)硬化模具材料會用于更多的模具類型。