根据GC/T12603-2005《金属热处理工艺分类及代号》，热处理工艺主要分为整体热处理、表面热处理、化学热处理三大工艺类型。而在模具制造中经常采用的是：退火、淬火、回火、调质等整体热处理工艺，以及渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处理。冷作模具钢

热处理工艺按工件在加工过程中要求或所处工序位置不同又可分为预备热处理和最终热处理两类。

预备热处理的目的在于消除先前加工所造成的某些缺陷，如晶粒粗大、带状组织等；或降低硬度适应以后机加工的需要；或为调整组织状态、消除内应力为最终热处理做好组织准备。预备热处理一般指退火、正火和调质，主要对象是锻件、铸件和粗加工工件。最终热处理能使钢件满足在使用条件下的性能要求，如淬火、回火、化学或表面处理。有时，钢材退火或正火能满足使用性能要求，这时正火和退火也是最终热处理。

1、退火及其目的，应用和分类

将钢件加热到临界温度以上20-30摄氏度，保温一定时间后随炉温或在石灰、石英中缓慢冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一定热处理方法、称为退火。

（1）退火目的：降低硬度、改善切削性能；消除偏析，均匀成分，改善铸造、轧制、锻造和焊接过程中的组织缺陷，消除残留应力。；细化晶粒，改善性能，并为最终热处理准备良好的金相组织；恢复塑性、韧性，便于冷变形加工；消除内应力，稳定尺寸，减少淬火变形和裂纹。

（2）退火的应用：退火可以细分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火等多种。。。。完全退火是将共亚析钢（碳的质量分数﹤0.77%）加热到A3以上，保温足够的时间，使组织完全转变成奥氏体差使奥氏体均匀化或基本均匀，继之以缓冷却；完全退火的目的是使钢件软化，以便于以后的机械切削加工或塑性变形加工；使钢的晶粒细化、消除内应力以及为淬火准备适宜的组织。

为了达到上述目的，完全退火的加热温度通常规定为高于A3以上20-30摄氏度。但模具钢中经常含有钨、铬、铝、和钒等强碳化物开成元素，适当地提高奥氏体化温度可合它他所形成的碳化物能免较快的溶入奥氏体中。

一般完全退火需时较长。为了缩短工艺过程的时间，保温后尽快地把钢件从退火加热温度降至稍低于下临界温度。此后，在珠光体转变温度范围内用适当的冷却速度 缓冷，转变成符合要求的金相组织和性能。

不完全退火与完全退火的区别在于前者只是部分地区结晶形成奥氏体，而后者则全部重结晶，完全转变成奥氏体。因此，完全退火又称生结晶退火。

不完全退火的目的与完全退火近似，但由于在加热温度下不能完全生结晶，所心细化晶粒方面不如完全退火的好，但不完全退火的优点是加热温度低，所以不完全退火又有低温退火之称。

等温退火。多用于工具钢、合金钢，可代替完全退火，纷乱退火周期。目的在于改善金相组织，降低硬度，改善切削加工性能。

等温退火的加热工艺完全退火相同。但钢经奥氏体化后，等温退火以较快速冷却到A1以下，等温一定时间，使奥氏体在等温中发生珠光体转变，然后以较快冷速（一般为空冷）冷至室温。

球化退火。球化退火是碳的质量分数≥0.77%的模具钢中应用最普遍的退火工艺。采用此工艺可使片层状珠光体变成粒状珠光体。由于粒状珠光体硬度比片层状珠光体低，因而改善了模具切削加工性能。

球化退火又是为淬火前做准备的一种热处理工艺。当珠光体中存在片状渗碳体或先共析网状渗碳体，会使钢的力学性能下降、变脆，淬火时容易发生变形甚至开裂。如果使渗碳体球化则钢的韧性明显提高，加工性能明显改善，淬火组织均匀，淬火后的工具锋利且寿命高。因此，对于高碳钢、高碳合金钢等工模具在淬火前一般进行一次球化退火。

均匀化退火。将钢锭或钢坯加热到1000摄氏度以上，并较长时间保温，使钢中元素进行扩散，使之均匀分布并消除偏析，故均匀化退火又称扩散退火。均匀化退火的同时也消除内应力，一般制造大模具时才使用均匀化退火，并直接在钢厂完成此工序。

去应力退火。退火温度一般在600-650摄氏度，目的是消除冷加工或粗加工产生的硬化、应力，主要是为后续加工或后续处理创造适当条件。

再结晶退火。退火温度又称软化退火。退火温度一般在680-720摄氏度进行（合金钢高于此温度），目的是消除冷加工后的组织变形，消除加工硬化。

{C}2、{C}正火及其目的和应用

将钢件加热到临界温度（A3、Acm）以上30-50摄氏度，保温一定时间使其完全奥氏体化。然后放在空气中自然冷却，这种热处理工工艺称为正火。

正火和退火的区别是冷却方法的不同。退火是在炉内以一定的降温速度冷却，冷却速度较慢；正火则是在空气中冷却，正火比退火冷却速度大。正火后所得的珠光体组织较细，强度、硬度比退火高。正火获得细珠光体组织通常称为索氏体。

冷作模具钢正火的目的是：

1）}对低碳钢（﹤0.25%）代替其完全退火，提高韧性，改善切削加工性能。

2）对过共析钢可改善或消除其网渗碳体，便于球化退火。

3)可细化晶粒，提高综合力学性能，对要求不太高的结构零件，可用正火代替工艺复杂的调质，作为最终热处理。

4）作为中碳钢结构钢制作的较重要的预备热处理。淬火前正火，可使组织细化，减少淬火变形和开裂倾向。有时可代替高频淬火前调质

由于采用正火工艺生产效率高、耗能少，碳的质量分数小于0.5%的碳素结构钢诮尽量采用正火代替退火。

3、淬火其目的、方法和应用

将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，随后放入淬火却却介质（水、油及盐或碱的水溶液）中快速冷却下来，以得到马氏体组织的一种热处理方法，称为淬火。

淬火和回火的模具钢或模具零配件强化的主要手段，也是最常用的最终热处理。其关键是控制加热速度、淬火温度、保温时间和冷却速度。

1）、淬火的目的

、提高硬度和耐磨性，增加模具使用寿命和耐用度。

、提高强度和韧性。通过淬火和适当温度回火，可以达到良好的强度和韧性，获得良好的综合力学性能。

、通过淬火可心提高特殊性能钢的永久磁性、耐蚀性和耐热姓等。

2）、淬火方法：淬火的方法有多种，生产中常用的有如下几种

、单液淬火法：将加扫的钢件投入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火，称为单液淬火法。例如，一般碳钢在水中或水溶液淬火，合金钢在油中淬火等均属单液淬火法。它是最常用的一种淬火方法。

、双液淬火法。先将加热的钢件投入冷却能力较强的介质中冷却，使奥氏体急速过冷至接近于马氏体转变区或，然后再立即转入另一冷却能力较弱的介质中冷却至温，从而得到马氏体转变的操作过程，称为双液淬火法。碳钢通常采用先水冷后油冷的方法进行双液淬火。采用水、油双液与单液淬火法相比，减小了淬火时的内应力，减少工件开裂与变形。双液淬火的关键是准确控制钢件由第一种介质入第二种介质时的温度。

、预冷淬火法。将加热的钢件从加热炉中取出后，先在空气中冷却到一定温度，再投入淬火冷却介质中冷却，称为预冷淬火法。实践表明，预冷淬火法可在不降低淬火件硬度和淬硬层深度条件下，使淬火热应力大为减小，因而也有助于减小淬火变形和开裂。、分级淬火法。将加热的钢件先投入温度在马氏体开始转变点Ms附近的冷却介质中等温停留一段时间（一般为2-5min）待工作表面与中心温基本上一致时，再取出空气中冷却，以获得马氏体组织的淬火，称为分组淬火，与单液淬火法、双液淬火法相比，分组淬火可以显著地减小淬火内应力与淬火工件变形和开裂的倾向。多用于钢素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、合金结构钢及钢结硬质合金的淬火。且工件尺寸不大。

、等温淬火法。将加热的钢件投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温足够长时间（一般为半小时以上），使过冷奥氏体转变为下贝氏体组织，待基本转变完成后取出空冷的操作过程，称为等温淬火法，又称贝氏休淬火。等温淬火法的特点是淬火内应力很小，工件不易发生变形与开裂。同时所得到的下贝氏体组织又具有良好的综合力学性能，其强度、硬度、韧性和耐磨性都较高，对提高模具使用寿命有利。

由于低碳贝氏体的性能不如低碳马氏体好，故低碳钢一般不进行等温淬火。等温淬火适用于中碳以上的钢，多用于合金工具钢的淬火。且工件尺寸也不能太大。

、火焰淬火法。它是利用可燃气体为燃料，氧气为助燃剂，用气焊用的喷枪，把模具需要淬硬的部位加热到淬火温度，随即用水或空气快速冷却后获得所需的表层硬度和淬硬层深度的操作过程，称为火焰淬火法。

火焰淬火的火焰温度决定于火焰源，如氧已炔焰，最高温度约3200摄氏度；煤气氧火焰，最高温度约2000摄氏度。火焰淬火的淬硬层一般为2-6mm.火焰淬火的特点只是表层淬硬而基体组织没有变化，所以淬火无变形。它适用于具有火焰硬性能的冷作模具钢7CrSiMnMoV。其它材料虽然也可以用，但效果不良，往往产生淬火的局部与未淬火的基本开裂。同时适用于刀口模和弯曲模的肩部淬硬。

火焰淬火时，一定要使用“还原焰”，以避免氧化。所谓还原焰是指焊炬所供给氧气一定要适当，不能过多。一般火焰长度控制在10-15mm，氧气压力为49-69MPa，已炔压力为4.9mm-6.9mmMPa。加热时火焰端部离加热面2-3mm，距刃口边缘4-6mm，加热带控制在8-12mm。

真空淬火。这是和种新的热处理技术。将工件置于密闭的真空炉内加热致一定温度，然后在炉内冷却的方法，称为真空淬火。真空淬火的最大特点是工件在真空炉内加热和冷却，零件表面的氧化作用得到抑制，从而可以得到光亮的处理表面，而且变形量很小（<0.01mm）所以，有些要件经过真空淬火后可不能再精加工而直接使用。此外实践表明，经真空淬火的工件，强度和韧性比用盐浴淬火均有增加，使用寿命成倍提高。因此真空淬火特别适用精密零件和要求高的凹凸模零件加工。

一般中温加热的工件，真空度为0.1-1Pa即可达到真空淬火目的。当真空度高时，钢中的合金元素蒸发变成气体到炉内，使工件表面变粗，影响质量。

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