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浅谈铸造金属模具材料热处理工艺及特性

2019-12-30 409 上传者：管理员

摘要：从铸造金属模具材料的分类和特性着手进行剖析，对铸造金属模具材料的热处理工艺进行了研究。金属模具热加工处理工艺水平的提高，对延长模具使用寿命、提升金属材料利用率有极为重要的意义。

关键词：
材料特性
淬火工艺
热处理工艺
金属模具材料
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模具是生产工业零件的基础装备，金属材质模具的使用，能够有效提升产品整体的生产速度。在铸造金属模具的过程中，选择合适的铸造材料显得非常重要。研究如何提高金属模具热加工处理工艺水平，对延长模具使用寿命、提升金属材料利用率有着积极的意义。

1、铸造金属模具材料的分类和特性

1.1 碳素钢

碳素钢是目前我国产量较高的金属材料之一[1]。因为其制造成本低、材料来源丰富，在我国各制造领域得到了广泛的应用。碳素钢材料具有几点特性：一是可塑性强。碳素钢材料中碳元素含量占比较小，除高碳钢碳元素含量超过o.6%外，其他类型碳素钢中碳元素含量均不超过0.6%。金属含量占比的增加，可以增加碳素钢的可塑性，材料可以根据实际生产需求锻造成相应形状。二是软化性高。在进行碳素钢退火操作时，碳素钢会呈现较强的易软化特征，软化后材料的可塑性得到进一步加强，能够为下一个操作环节奠定良好的基础。三是切割性强。相较于其他金属材料，碳素钢材料的硬度较低，可以利用工具对其进行切割，获得预期的模具形状。除此之外，碳素钢的投资成本较低，材料的来源十分广泛，能够有效降低企业生产金属模具的生产成本。

1.2 高碳高铬钢

高碳高铬钢是指碳元素含量超过0.6%，铬元素含量超过12%的钢材㈨。该材料具有几点特性：一是硬度高。铬元素的加入使碳素钢的硬度逐渐增加，在铬元素含量在12%～15%之间时，碳素钢的硬度达到峰值，在具有较高硬度的同时，可以抵御外界的氧化腐蚀。二是耐磨性高。相比于碳素钢，高碳高铬钢在受到外界摩擦时不会留下金属痕迹或痕迹较浅，能够提高模具制造的美观性。三是可塑性较差。由于高碳高铬钢硬度较大，在进行外形塑造时，难度要大于碳素钢，模具制造难度相对较高。四是淬硬性强。在完成淬火操作后，高碳高铬钢会在短时间快速冷却，同时材料会进行二次硬化，有效提高模具的硬度。

1.3 高速钢

高速钢是在碳素钢中添加适量钼元素而获得的材料陋]。该材料具有几点特|生：一是热塑性较高。与碳素钢类似，处于高温环境中的高速钢具有较高的延展性，设计人员可以根据模型形状对其进行塑造，操作工艺相对简单。二是韧性较高。高速钢是添加钼元素后形成的模具加工材料，相较于非金属元素，钼元素作为金属元素，自身就具备较高的延展眭，添加了钼元素的碳素钢，韧性更强，更适合制作金属材料模具。三是淬火硬度高。在进行淬火操作时，该类型材料可以在短时间内冷却，能够降低淬火过程造成的误差。

1.4 超硬高速钢

超硬高速钢是在高速钢基础上进行加工而获得的材料。该材料具有几点特性：一是硬度非常高。之所以生产超硬高速钢，是因为其他材料很难满足日常切削要求，所以才会制造出此类材料，以满足其他材料切削的需求。二是可塑性极差。由于该材料的硬度非常大，常规操作很难使其弯曲。三是生产时间长。选择超硬高速钢作为模具生产材料时，需要利用其他加工手段和加工设备对其进行模具塑性，所耗费的时间成本较高，并且由于材料韧性较低，成型难度较大，目前只在小范围内得到了推广。

1.5 基体钢

基体钢是在高速钢加工过程中添加其他元素，以改变材料冲压性能，经过该过程所产生的材料统称为基体钢。该材料具有几点特性：一是韧性居中。此类材料的韧性介于高速钢和超硬高速钢之间，属于韧性相对适中的模具制造材料。二是造价成本低。相比于超硬高速钢，基体钢具备超硬高速的硬度特征，但在加工过程中，该材料的加工成本远小于超硬高速钢，某种意义上来讲，该材料可以替代超硬高速钢应用于特定环境当中。三是淬火硬度高。在进行材料淬火时，该材料可以在短时间内进行二次硬化，是结合高速钢和超硬高速钢两者共同优点的新型模具制造材料。

1.6 合金材料

合金材料是将多种金属材料进行加工，使其融为一体的材料。合金材料具有几点特性：一是硬度高。合金材料的硬度比模具钢要高出许多。二是耐用性强。合金材料硬度大，其他材料很难在其表面留下痕迹，属于耐用性较强的材料。三是质量较低。传统金属材料质量较高，搬运时难度相对较大。合金材料的质量较小，便于材料的搬运。

2、铸造金属模具材料的热处理工艺

我国现阶段金属模具制造成本较高，尤其是在制作精度较高的零件时，需要更高精度的模具，对模具性能有较高的要求。热处理工艺是对材料进行进一步处理的技术，该工艺的应用不仅可以提升金属模具的质量和精度，而且可以对模具进行保护，延长模具的使用寿命。热处理工艺根据使用特点可以分为真空热处理工艺、深冷处理工艺、淬火工艺和化学热处理工艺。

2.1 真空热处理工艺

真空热处理工艺是在真空条件下，对模具金属材料进行处理的手段。该工艺能够保持模具材料的表面性能，可以将材料形变量控制在合理范围内，借此提高模具制作精度。因为该处理工艺是在真空状态下进行的技术操作，所以模具表面的材料不会受外界因素干扰，依旧保持较高的活性，使模具内其他元素含量保持不变，进而提高模具的力学性能。另外，在提高模具硬度时，可以通过提高处理环境的真空度。完成真空淬火操作的金属模具材料具有较高的韧性，并且完成该淬火操作的金属模具，使用寿命可以延长40%左右。

2.2 深冷处理工艺

与真空热处理工艺相比，深冷处理工艺能够有效提高金属模具的力学I生能和材料强度。在具体淬火操作过程中，需要选择适宜的操作环境进行材料的深冷处理。在放入构建好的深冷环境中后，模具表面材料会在冷环境中迅速降温，同时在模具表面形成保护层，使模具的耐磨性与抗回火稳定性得到显著提升。

2.3 模具淬火工艺

在模具热处理过程中，有时需要对模具金属材料进行快速降温处理。在淬火的过程中，能够将材料中的杂质去除，提高金属模具材料的纯度。同时该操作工艺能够有效降低模具中的碳含量，使模具材料可以根据实际需求改变形状，借此提高模具材料的综合性能。经过淬火工艺操作的金属模具，材料耐磨性明显升高，并且寿命也在原有基础上得到延长，是目前应用最为广泛的热处理工艺技术之一。

2.4 化学热处理工艺

化学热处理工艺是利用化学方法将材料中的金属元素进行置换的技术。该工艺能够持续提升金属模具的表面性能，目前应用较为广泛的化学热处理工艺包括高频渗氮、离子渗氮工艺等。相比于前者，离子渗氮工艺能够在减少渗氮时间的基础上，提升材料表面渗层的质量。

3、结语

通过了解铸造金属模具材料热处理工艺的相关内容，一方面可以为工艺优化提供研发方向，另一方面对促进行业经济可持续发展有着重要意义。

参考文献：

[1]郝胜江.关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究[J].科学技术创新，2019(7)：149—150.

[2]黄黎明.关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究[J].世界有色金属，2018(18)：261—263.

[3]孔藤桥.刍议冷冲压模具常用金属材料与热处理工艺[J].中国金属通报，2018(7)：84—85.

王明明.铸造金属模具材料的特性及其热处理工艺[J].现代工业经济和信息化,2019,9(6):78-79. DOI:10.16525/j.cnki.14-1362/n.2019.06.34.