用循环超细化热处理来提高模具寿命

模具，特别是精冲模具，在机械制造业中起重要作用。提高模具使用寿命，对于提高生产效率，降低生产成本，保证产品质量具有重要意义。采用高档次的合金材料，固然可以提高模具寿命，但会增加成本。利用晶粒细化来提高材料力学性能，能同时提高室温下的强度和韧塑性，还可以有效地提高疲劳极限，而用适当的热处理即可获得细晶粒。热处理细化晶粒主要有形变热处理和循环热处理，对于提高模具的使用寿命，较适宜的热处理方法是循环超细化热处理，循环热处理只进行加热、冷却工序，是一种比较简便易行的晶粒细化方法。

过去，曾报道用循环热处理方法细化铸造Ti-46Al-8.5Nb-0.2W合金，使其粗大的层片组织转变均匀细小的等轴组织。最近，左传付等人对碳素工具钢材料(T8A，其主要化学成分为0.86C、0.30Si、0.25Mn、0.02S、0.023P、0.10Cr、0.08Ni余量Fe)采用摆动式循环快速加热—冷却淬火工艺，也实现了晶粒超细化。其基本热处理工艺是：采用温度高于Ac1和低于Ar1的两个盐浴炉，先将工件放入高于Ac1的高温盐浴炉中加热到正常淬火温度，然后迅速转到另一盐浴炉内冷却到Ar1以下30-50℃，如此反复循环，最后一次由Ac1以上温度淬火。淬火后在200℃回火2小时。

检测表明，经循环热处理后的工件，马氏体细小，碳化物和残留奥氏体呈球状颗粒均匀分布。实际应用表明，对T8A钢制的电动机转子铁芯冲裁凸、凹模具通过摆动循环热处理工艺进行4次循环处理，770-780℃加热，660-670℃等温，最后一次淬火后在200℃回火2小时，其使用寿命由1.2万件提高到4万件以上，在模具表面和内部没有裂纹产生，效果十分明显。

采用摆动循环热处理之所以能获得均匀、细小的组织，主要是充分利用了快速加热和循环处理两方面的作用：盐浴加热为快速加热，可急剧形成大量奥氏体晶核，从而获得细小的晶粒；加热速度越快，淬火加热温度越低，细化效果越好。反复加热、冷却循环，一方面促进前次加热未形核的部位形核，另一方面则使已形核的晶粒进一步细化。每加热一次，奥氏体晶粒就被细化一次，使下一次奥氏体化的形核率增加。同时，快速加热时未充分溶解的细小碳化物不但阻碍奥氏体晶粒长大，还成为形成奥氏体晶粒的非自发核心，从而获得超细晶粒。

试验表明，在最初的几个循环中，试样的硬度值和冲击值呈陡峭上升，3-5次循环热处理可使之得到明显提高。再增加循环次数，试样的硬度值和冲击值改变不明显。6次左右的循环热处理大体接近细化界限。过分地增加循环次数，不利于提高热处理效率，循环次数以4-5次为最佳。