钢材热处理手册：热处理做对了，模具寿命翻倍

当去买钢料之际, 好多人仅仅去看牌号, P20、718、S136, 同为一个牌号, 价格却相差一倍, 于是就认定是供应商在坑骗他人。

价格差一部分确实是原料成本，但更大的差距，在热处理工艺上。

没能将热处理妥善做好的钢材, 哪怕是再好的牌号也根本承受不住。热处理得以按照正确方式进行, 模具所能拥有的寿命, 则具备比理论数值还要更长久的可能性。

热处理是什么：用温度控制金相组织

钢材性能并非生来就固定不变, 借助不同的加热、保温以及冷却组合方式, 能够变动钢材内部的金相组织, 从而致使硬度、韧性以及耐磨性发生改变。

这就是热处理的本质：用温度控制金相组织，进而控制材料性能。

热处理分两大类：

一、淬火：让钢变硬的关键工序

淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后快速冷却。

快速冷却旨在达成这样的目的, 目的是阻止奥氏体朝珠光体（即软的状态）转变, 转而促成其强制性变化为马氏体（也就是硬的状态）。

常见模具钢淬火后的硬度

钢材牌号

淬火后硬度

说明

P20

28～34 HRC（出厂已调质）

预硬钢，不需要二次淬火

718

33～38 HRC（出厂已调质）

预硬镍钢，直接加工

S136

淬火后 50～52 HRC

需粗加工后淬火再精加工

NAK80

37～43 HRC（出厂已调质）

预硬高光钢

H13

淬火后 48～52 HRC

热作钢，含纤维增强料模具首选

P20这种预硬钢, 718这种预硬钢, NAK80这种预硬钢, 其在出厂之时就已经顺利完成对调质的操作, 直接拿来进行加工便能够投入使用, 并不需要开展二次淬火这一工序。

对于非预硬钢, 像 S136、H13、DC53 这类, 要先进行粗加工并留下余量, 然后进行淬火, 接着是回火, 最后再进行精加工, 遵循这样一个流程。

之所以精加工要在淬火之后去做, 是由于淬火会出现微小变形，进而要靠精加工来修正最终尺寸。要是先进行精加工然后再淬火, 那么变形过后精度就会完全废掉。

淬火变形怎么控制️

防止淬火变形的几个措施：

二、回火：淬火后必须做，不做等着开裂

淬火后钢材硬度很高，但同时脆性也大（马氏体硬而脆）。

要是不经过回火直接去使用, 那么当模具遭受注塑冲击之际, 就极易出现崩角、开裂的情况。并且呢，在淬火之后钢材的内部存有数量众多的残余应力, 要是不及时进行回火, 在放置的过程当中就有可能自行发生开裂, 而在行业里这种情况被称作“淬火裂纹”。

淬火后 8 小时内必须回火，越快越好。

低温、中温、高温回火的区别

回火类型

温度范围

效果

适用场景

低温回火

150～250℃

保持高硬度，降低脆性，消内应力

高精度模具、镜面模具

中温回火

350～500℃

HRC 降至 40～45，韧性明显提升

弹性元件、要求韧性的零件

高温回火（调质）

550～680℃

HRC 降至 28～35，强度韧性均衡

P20 类预硬钢、模架钢

高合金钢要回火两到三次

H13、还有DC53这类的高合金模具钢, 一次被回火之后, 钢当中仍然存有残余奥氏体, 而且并没有完全转变, 所以是需要多次进行加热以及冷却循环, 进而彻底消除的。两次甚至三次回火属于标准流程, 并非是多此一举。

三、调质：预硬钢的出厂状态

调制这种处理方式，等于淬火加上高温回火, 它是P20这种钢, 718这种预硬钢在出厂之前所做的标准处理方式。

调质之后的钢材, 其综合性能良好, 强度得以满足所需, 也就是能够承受注塑压力以及锁模力, 韧性很出色, 不容易出现脆断的情况, 切削性能也很棒, 并非像处于淬火态那般难以加工句号。

用户拿到预硬钢后直接进行加工, 并不需要进行额外的整体热处理, 这便是预硬钢的核心价值表现为省掉了热处理工序, 交期较快, 同时变形风险较低。

四、氮化：精密模具的表面强化首选氮化是什么

在560℃以下时就要氮化, 也就是渗氮, 需把含活性氮的气氛拿来和钢材接触, 从而让氮原子逐步渗入到表面层, 最终形成高硬度氮化物层。

氮化后的特点：

为什么氮化比淬火更适合精密模具

淬火存在的问题在于, 变形风险极大, 对于精密模具而言, 一旦淬火后发生变形, 若精加工余量不足, 无法进行补救, 那就报废了。

氮化温度低，变形几乎可以忽略，是精密模具表面强化的首选。

预硬钢 P20、718 等做完之后, 把它的型腔面再去做氮化这个操作, 能实现把表面硬度从 30 多 HRC 提升到 HV900 之上, 耐磨性会大幅度地提升, 模具寿命能够翻一到两倍。

氮化注意事项️

氮化之前, 一定要去做去除应力的退火处理, 不然的话, 表面那一层和心部的应力无法匹配, 很容易出现起皮的情况。

氮化层的厚度, 要将其控制在0.1毫米至0.3毫米的范围之内, 当超过0.5毫米的时候, 脆性会显著增大, 在受到冲击的情况下容易产生剥落现象。

并不是所有的钢都适宜进行氮化, 氮化显现良好效果的钢, 是需要含有铬、铝、钼、钒此类合金元素的, 普通的碳钢在氮化方面效果欠佳。

五、渗碳：低碳钢的表面硬化方案️

渗碳, 是针对低碳钢, 低碳钢含碳量为0.1%～0.25%, 将其在高碳气氛里进行加热, 使得碳原子能够渗入表面层, 之后再进行淬火从而实现硬化。

渗碳常用于模架, 该模架中型芯采用低碳钢制作, 且为小型芯 , 如此这般原因是很便宜, 其表面硬化以后具备耐磨特性。

可是渗碳应用于型腔的情形并不多, 其缘由为此, 渗碳温度颇高, 处于900℃以上, 会致使变形较大, 而精密模具大多采用氮化来替代渗碳。

六、不同模具的热处理选型参考

模具类型

推荐钢材

热处理方案

大批量外观件（百万模次 +）

S136、NAK80

淬火 + 低温回火至 HRC50～52

中批量结构件（30～100 万模）

718、P20

出厂调质，必要时氮化

小批量打样模（5 万模以下）

P20、S50C

出厂调质，不需要额外热处理

含玻纤 / 矿纤增强料

H13、FDAC

淬火 + 回火至 HRC46～50，或氮化

腐蚀性材料（PVC / 阻燃料）

S136、S316

淬火处理，保证耐蚀性

热处理不是买好钢就能省略的环节。

同样的S136, 采用真空淬火这种方式以及普通盐浴淬火这种方式, 其硬度分布之间出现的差异能够达到3到6HRC, 对于同一副模具而言, 经过氮化处理的型芯以及没有经过氮化处理的型芯, 它们的磨损寿命相差倍数超过一倍, 这并非是夸张表述, 而是实际测量得出的数据。

制造模具, 从挑选材料开始, 再到进行加工, 然后是热处理, 每一个步骤都必须精准无误。就算是最后那一步要是做得不好, 先前所有的投入都会大打折扣。

下一篇的预告内容是: 对注塑时常用的原料特性展开对比, 具体涉及到ABS、PP、PC、PA、POM这五种料, 它们的性能差异究竟体现在哪些方面, 以及针对什么样的产品应当选用哪种料。