【正文】 冷沖壓模具的常規(guī)熱處理工藝1退火將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。圖51 碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖根據(jù)處理的目的和要求不同，鋼的退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火和去應力退火等等。各種退火的加熱溫度范圍和工藝曲線如圖51所示。（1）完全退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，是把鋼加熱至Ac3以上2030℃，保溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻），以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。亞共析鋼經(jīng)完全退火后得到的組織是F＋P。完全退火的目的在于，通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大，不均勻的組織化和細化，以提高性能；或使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷卻速度緩慢，還可以消除內(nèi)應力。45鋼經(jīng)鍛造及完全退火后的性能見表51表51 45鋼鍛造后與完全退火后的機械性能比較狀態(tài)σb/MPaσs/MPaБ5/%Ψ/%ak/KJm2HB鍛造后完全退火650750600700300400300350515152020404050200400400600≤229≤207完全退火主要用于亞共析鋼，過共析鋼不宜采用，因為加熱到Accm以上慢冷時，二次滲碳體會以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界析出，使鋼的韌性大大下降，并可能在以后的熱處理中引起裂紋。（2）等溫退火等溫退火是將鋼件或毛坯加熱到高于Ac3(或Ac1)的溫度，保溫適當時間后，較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度，并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。等溫退火的目的與完全退火相同，但轉(zhuǎn)變較易控制，能獲得均勻的預期組織；對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，?？纱蟠罂s短退火時間。 （3）球化退火 球化退火為使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。球化退火主要用于過共析鋼如工具鋼、滾珠軸承鋼，目的是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化（退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；并為以后的淬火作組織準備。球化退火一般采用隨爐加熱，加熱溫度略高于Ac1，一邊保留較多的未溶碳化物粒子或較大的奧氏體中的碳濃度分布不均勻性，促進球狀碳化物的形成。若加熱溫度過高，二次滲碳體易在慢冷時以網(wǎng)狀的形式析出。球化退火需要較長的保溫時間來保證二次滲碳體的自發(fā)球化。保溫后隨爐冷卻，在通過Ar1溫度范圍時，應足夠緩慢，以使奧氏體進行共析轉(zhuǎn)變時，以未溶滲碳體粒子為核心形成粒狀滲碳體。（4） 擴散退火 為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線的溫度，長時間保溫并進行冷卻的熱處理工藝，稱之為擴散退火或均勻化退火。擴散退火的加熱溫度一般選定在鋼的熔點以下100 ℃200 ℃，保溫時間一般為10h15h。加熱溫度提高時，擴散時間可以縮短。擴散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進行完全退火或正火處理。（5） 去應力退火 為消除鑄造、鍛造、焊接和機加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘余內(nèi)應力而進行的低溫退火，稱之為應力退火。去應力退火是將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500 ℃650 ℃)，保溫，然后隨爐冷卻，這種處理可以消除約50%80%的內(nèi)應力，不引起組織變化。鋼材或鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）、Ac1（共析鋼）和Accm（過共析鋼）以上30 ℃50 ℃，保溫適當時間后，在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理稱為正火。正火后的組織：亞共析鋼為F+S，過共析鋼為S+Fe3CⅡ。正火與完全退火的主要差別在于冷卻速度快些，目的是使鋼的組織正?；砸喾Q?；幚恚话銘糜谝韵路矫妫海?） 作為最終熱處理 正火可以細化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細化，從而提高鋼的強度、硬度和韌性。對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，機械性能要求不很高時，可以正火作為最終熱處理。（2） 作為預先熱處理 截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火）前常進行淬火，以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細小而均勻的組織。對于過共析鋼可減少二次滲碳體量，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火做組織準備。（3） 改善切削加工性能 低碳鋼或低碳合金鋼退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高硬度，改善其切削加工性能。 將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火是鋼的最重要的強化方法。 （1）淬火工藝 {1} 淬火溫度的選定在一般情況下，亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3以上30 ℃50 ℃ :共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1以上30 ℃50 ℃(見圖52)圖52 鋼的淬火溫度范圍 亞共析鋼加熱到Ac3以下時，淬火組織中會保留自由鐵素體，使鋼的硬度降低。過共析鋼加熱到Ac1以上兩相區(qū)時，組織中會保留少量二次滲碳體，而有利于鋼的硬度和耐磨性，而且，由于降低了奧氏體中的碳質(zhì)量分數(shù)，可以改變馬氏體的形態(tài)，從而降低馬氏體的脆性。此外，還可減少淬火后殘余奧氏體的量。若淬火溫度太高，會形成粗大的馬氏體，使機械性能惡化；同時也增大淬火應力，使變形和開裂傾向增大。 {2}加熱時間的確定 加熱時間包括升溫和保溫兩個階段。通常以裝爐后爐溫達到淬火溫度所需時間為升溫階段，并以此作為保溫時間的開始，保溫階段是指鋼件溫度均勻并完成奧氏體化所需的時間 {3}淬火冷卻介質(zhì) 常用的冷卻介質(zhì)是水和油。 水在650 ℃550 ℃范圍冷卻能力較大。因此易造成零件的變形和開裂，這是它的最大缺點，提高水溫能降低650 C550 C范圍的冷卻能力，但對300 ℃200 ℃的冷卻能力幾乎沒有影響。這既不利淬硬，也不能避免變形，所以淬火用水的溫度控制在30 ℃以下。水在生產(chǎn)上主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。 淬火用油為各種礦物油（如錠子油、變壓器油等）。它的優(yōu)點是在300 ℃200 ℃范圍冷卻能力低，有利于減少工件變形；缺點是650 ℃550 ℃范圍冷卻能力也低，不利于鋼的淬硬，所以由一般用作為合金鋼的淬火介質(zhì)。為了減少零件淬火時的變形，可用鹽浴作淬火介質(zhì)。常用堿浴、硝鹽浴的成分、熔點及使用溫度見表52.表52 熱處理常用鹽浴的成分、熔點及使用溫度熔鹽成分熔點/℃使用溫度/℃堿浴80%KOH＋20%NaOH＋6%H2O(外加)130140250硝鹽55%KNO3＋45%NaNO2137150500硝鹽55%KNO3＋45%NaNO3218230550中性鹽30%KCl＋20%NaCl＋50%BaCl2560580800 這些介質(zhì)主要用于分級淬火和等溫淬火。其特點是沸點高，冷卻能力介于水和油之間，常用于處理形狀復雜、尺寸較小、變形要求嚴格的工具等。 {4}淬火方法常用的淬火方法有單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火和等溫淬火等（圖53）。圖53 不同淬火方法示意圖 單介質(zhì)淬火方法采用一種介質(zhì)冷卻，操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應用較廣。缺點是水淬變形開裂傾向大；油淬冷卻速度小，淬透直徑小，大件淬不硬。 雙介質(zhì)淬火和分級淬火能有效地減少熱應力和相變應力，降低工件變形和開裂傾向，所以可用于形狀復雜和截面不均勻的工件淬火。 等溫淬火大大降低鋼件的內(nèi)應力，減少變形，適用于處理復雜和精度要求高的小件，如彈簧、螺栓、小齒輪、軸及絲錐等，也可用于高合金鋼較大截面零件的淬火。其缺點是生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低。（2） 鋼的淬透性 {1}鋼的淬透性及其測定方法 鋼接受淬火時形成馬氏體的能力叫做鋼的淬透性。不同成分的鋼淬火時形成馬氏體的能力不同，容易形成馬氏體的鋼淬透性高（好），反之則低（差）。如直徑為30mm的45鋼和40CrNiMo試棒，加熱到奧氏體區(qū)（840 ℃），然后都用水進行淬火。分析兩根試棒截面的組織，測定其硬度。結(jié)果是45鋼試棒表面組織是馬氏體，而心部組織為鐵素體+索氏體。表面硬度為55HRC。心部硬度僅為20HRC，表示45鋼試棒心部未淬火。而40CrNiMo鋼試棒則表面至心部均為馬氏體組織，硬度都為55HRC，可見40CrNiMo的淬透性比45鋼要好。 淬透性可用“末端淬火法”來測定。將標準試樣（25*100mm）加熱奧氏體化后，迅速放入末端淬火實驗機的冷卻孔中，噴水冷卻。，水柱自由高度65mm+5mm，水溫20 ℃30 ℃。圖54為末端淬火法示意圖。顯然，噴水端冷卻速度較大距末端沿軸向距離增大，冷卻速度逐漸減小，其組織及硬度亦逐漸變化。，然后從末端開始，每隔一定距離測量一個硬度值，即可測得試樣沿長度方向上的硬度變化，所得曲線稱為淬透性曲線[圖55）]實驗測出的各種鋼的淬透性曲線均收集在有關(guān)手冊中。同一牌號的鋼，由于化學成分和晶粒度的差異，淬透性曲線實際上為有一定波動范圍的淬透性帶。 圖54 試樣尺寸及冷卻方法 圖55 淬透性曲線的測定 根據(jù)GB22563規(guī)定，鋼的淬透性值用J HRC/d表示。其中J表示末端淬火的淬透性，d表示距水冷端的距離，HRC為該處硬度。例如，淬透性值J42/5，表示距水冷端5mm試樣硬度為42HRC。 在實際生產(chǎn)中，往往要測定淬火工件的淬透層深度，所謂淬透層深度即使從試樣表面至半馬氏體區(qū)（馬氏體和非馬氏體組織各占一半）的距離。在同樣淬火條件下，淬透層深