摘 要 一些汽车零部件使用的热锻模具和热冲压模具由3Cr2W8V钢和H13钢制成。经常有几种整改措施，使用寿命不太高，早期失效，使用寿命进一步提高：①改进锻后煅烧和淬火工艺，避免网状结构、环状渗碳体和部分渗碳体的收缩；②进行预备处理，优化渗碳体，使其联合分布；③调整热处理和同火加工工艺，获得强化基材；④采用优良的表面强化解决方案，提高耐磨性，不危害耐热疲劳性；⑤适当使用新材料，充分发挥新材料的良好特性。

　　关键字 热作模具 产品寿命 煅造淬火 淬火和回火 表层处理

　　汽车零部件中使用的一些热模具存在一些问题，如材料选择、煅烧和热处理工艺，然后在服务期间出现异常干裂和损坏，导致早期故障。这种损坏占正常无效模具的40%％之上。对于3Cr2W8V钢和H13钢热作模具钢存在的一些实质性问题，根据其无效方法分析其原因，提出一些整改措施。

　　1 研磨机毛胚煅烧淬火工艺

　　3Cr2W8V热作模具钢，其碳含量仅为0.3-0.4％，由于含有较多的合金成分，相平衡中的匀晶点偏移属于过分析钢类型，铝合金渗碳体较多，如煅烧和淬火工艺不合理，经常发生带条状渗碳体装饰分析或一些网状结构渗碳体沿位错误分析，渗碳体在这种状态下遍布，必然会导致磨具早期失效[1-4]。

　　煅烧水平的不足主要体现在锻造吨、控制模块加热不均匀、锻造不透明，很少保证工艺标准，导致部分大中型控制模块表面芯部门和性能差距较大，有时为了抓住进度，锻造环境温度较低，导致微裂纹，严重影响使用寿命。

　　锻造后淬火是一个非常关键的步骤，但锻造厂不够重视，有时甚至被锻造后的冷却所取代，很少检查锻造合金成分，只有在磨削加工的强度范围内，才能得到认可，使控制模块内部结构保持锻造后的一些不良机构，导致产品寿命高、低、极不稳定。

　　对一批汽车前轮壳锻造模具胚胎抽样检查合金成分，发现锻坯表面晶粒不均匀，部分位置保持弯曲状态，表明停锻温度低，加工硬化不完整，基底为奥氏体，位错聚碳体，锻坯芯，奥氏体强，位错渗碳体环链，周围有屈氏体机构。这类机构表明，锻坯根本没有去应力退火解决方案，铸钢件通过去应力退火解决，机构大大改善，但由于不能锻造，芯仍有大量的小渗碳体，划分不均匀。不难看出，煅烧和淬火在提高磨具的使用寿命方面起着非常重要的作用。瑞典Assaba制造的8407钢（相当于H13）选择锻造后淬火机构的评级标准，超过一定等级的不合格产品。不难看出，煅烧和淬火在提高磨具的使用寿命方面起着非常重要的作用。瑞典Assaba制造的8407钢（相当于H13）选择锻造后淬火机构的评级标准，超过一定等级的不合格产品。不要出厂，在磨具冷拉前―消除了一些劣质材料，防止了大量的施工时间和精力资金，如冷拉成型、热处理工艺等。

　　2 预备处理(又称优化解决)

　　热作模具钢基本上是铝合金含量高的过分析钢，煅烧后不可避免地会留下多少小块渗碳体，分割不均匀。为了保证热处理和淬火前渗碳体细微匀称，希望通过热处理工艺进行改进。目前的锻后球比淬火工艺使3Cr2W8V困难、H13类钢的渗碳体已经完全改善，因此必须进行详细的准备，以实现上述规定。瑞典人首先明确提出了所谓的“组织处理”，包括上述内容，但其加工过程是保密的，经过大量的试验研究，认为加热温度必须超过必要的临界压力，以便不均匀分布大部分强渗碳融化，固体溶解处理，然后高速制冷，避免强渗碳沉淀，但空气冷却后，使基材为奥氏体或贝氏体组织强度很高，不方便研磨加工，该部门在最终热处理中容易产生遗传效应，使粗晶体获得基因遗传，降低延展性，因此固体溶解处理后，加上回火处理，回火温度以研磨加工所需的强度类别为标准，随着回火温度的升高，最终热处理后可减少奥氏体颗粒，因此，3Cr2W8V钢和H13钢的预备处理应由具有足够强加热温度的固溶处理、空气冷却和足够强的回火温度组成。前轮壳锻模3Cr2W8V钢的优化加工工艺。

　　3 淬火和回火解决方案

　　热模钢将需要良好的热强度性能、强耐热疲劳性能和综合性能，许多材料表明3Cr2W8V钢淬火温度范围较广，从1000℃到1200℃，H13钢为10301100℃，可适当调整实际磨具和实际规定特性。

　　研究发现，在一定的环境温度下，在奥氏体晶粒生长不明显的前提下，适当提高淬火温度是非常有益的。

　　研究发现，在一定的环境温度下，在奥氏体晶粒生长不明显的前提下，适当提高淬火温度是非常有益的。

　　(1)提高奥氏体碳和合金成分的热处理，提高基材的硬度和韧性。

　　（2）减少产能过剩的渗碳体，减少规格，减少渗碳体和基底页面，热疲劳裂纹源，发芽困难，减少各热疲劳循环系统产生的塑性应变幅度，阻碍裂纹扩展，提高耐热疲劳性能。

　　(3)固溶碳和合金成分的增加缓慢了奥氏体的淬火变化，提高了淬火的抵抗力。

　　(4)按Kraff公式计算:KIC=E(2×3.14Dt)1/n，由于高温淬火，奥氏体晶粒略大，产能过剩降低，渗碳体中间平均间距DT扩大，KIC值也增加，优化了模具钢的冲击韧性。但要防止高温淬火出现明显变形、晶粒粗大、回火脆性提高等不良情况。回火温度的选择也起着至关重要的作用。它主要根据模具的最终强度要求进行选择。对于大多数热作模具，强度规定为46―在50HRC中间，回火温度的选择也与淬火温度有关，如3Cr2W8V钢，强度为46―50HRC时，选择1070℃热处理时，回火温度应考虑在580-610℃，如果淬火温度为1100℃，最好是5900℃―620℃。对于具有相对较高断裂韧性的磨具，应适当调整淬火温度或回火温度，绕过冲击值最小区域，但淬火温度的适当增加有利于KIC值的提高，KIC值往往与模具的初始破裂阻力相匹配，低KIC值导致磨具的初始破裂。许多科研人员认为，从热作模具的应用来看，回火温度选择在600℃左右，甚至更高。此时，高温淬火往往优于超低温热处理。

　　4 表面强化解决方案

　　根据表面强化方法，磨具表面形成一层强化层。这种强化层实际上比基材具有更高的硬度和韧性，并与基材结合牢固，不易脱落。

　　4 表面强化解决方案

　　根据表面强化方法，磨具表面形成一层强化层。这种强化层实际上比基材具有更高的硬度和韧性，并与基材结合牢固，不易脱落。

　　表面强化方法包括离子渗氮、蒸汽软氮化、火花放电熔化、蒸汽处理等，主要用于离子渗氮。在离子渗氮工艺中，选择低氮势(％N2)能抑制ε由相化合物引起，得到非常薄的γ‘，单相电化学层或只有扩散层的离子渗氮层，我们的高频淬火层不仅硬度高，而且具有一定的延展性，在整个热疲劳过程中非常容易发芽裂纹，即使一旦裂纹会在裂纹扩展中，获得当地应力松弛，使扩展缓慢或阻力终止，从而提高耐热疲劳性能。低氮势离子渗氮处理磨具的使用寿命大大提高。例如，在AMP50xh快速锻造机中生产汽车齿坯的热冲针使用寿命提高了两倍多，汽车前轮壳热锻模的使用寿命也提高了20倍％左右。选择火花放电熔化方法，可使磨具表面熔化一层硬合金刀具化学物质，与基材冶金结合，非常坚固，高温耐热性和耐化学性好，由于热膨胀系数小，在磨具热疲劳环节，表面应力小，有效提高耐热疲劳性能，熔化处理前轮壳锻造模具，使用寿命提高20％但由于熔渗是手工制作的，因此，目前只适用于工作台面较小、外观简单的磨具。

　　5 新型热作模具材料的特点

　　选择模具钢是制造高质量使用寿命长模具的前提。不合理的材料选择也是磨具早期失效的原因之一。近年来，世界各国开发设计了许多新的热模具钢，如国内外H10A、QR080、QR090、H26、DH21、YHD3、6F4，中国有Y4、Y10、HM1、HM3、GR、FR8、5Cr2、TM等。

　　大多数新材料具有合金成分低、热强度好、耐热疲劳性好、韧性强的特点。对于一些外观复杂、加工工艺繁琐、加工时间长的磨具，应开发和使用一些新型模具钢。

　　大多数新材料具有合金成分低、热强度好、耐热疲劳性好、韧性强的特点。对于一些外观复杂、加工工艺繁琐、加工时间长的磨具，应开发和使用一些新型模具钢。

　　在选择材料后，还应讨论科学合理的铸造工艺和热处理方法，以充分利用新材料的潜在优质特性。

　　ER8钢用于汽车齿轮热冲压模具后，使用寿命比H13钢强，特别是在高温作业中，具有一定的抗冲击价值和较宽的热冲击特性，ER8钢优于H13和3Cr2W8V钢。

　　综合以上分析，可以看出，与我国模具制造材料选择、材料技术和工业发达国家相比，仍存在显著差异，这也是模具制造使用寿命低的重要原因之一。努力开发和设计模具钢类型，营销和推广新材料，扩大材料选择表面，提高原材料的纯度和对称度，提高热加工，完善检测标准，完善控制模块规格型号，减少二次加工，严格遵守热处理工艺全过程，提高质量控制等，是提高产品寿命的几种关键对策。

　　论文参考文献

　　[1]黄 郑，科学研究热作模具钢的使用寿命，博士论文，上海大学，1998

　　[2]上海、科技出版社、1984年史美旅、常用模具钢热处理工艺特点

　　[3]北京机械工业出版社冯晓曾，模具钢和热处理工艺，1982

　　[4]王德文、朱雅年，磨具新技术200例，北京冶金工业出版社，1990年

　　创作者：孙保良 冯正辉 江 震(上海汇众汽车制造有限公司)、朱雅年 魏馥铭 黄峥(上海大学)