固溶處理是為了溶解基體內(nèi)碳化物、γ'相等以得到均勻的過飽和固溶體，便于時(shí)效時(shí)重新析出顆粒細(xì)小、分布均勻的碳化物和γ’等強(qiáng)化相，同時(shí)消除由于冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金發(fā)生再結(jié)晶。其次，固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能。固溶處理的溫度范圍大約在980~1250℃之間，主要根據(jù)各個(gè)合金中相析出和溶解規(guī)律及使用要求來選擇，以保證主要強(qiáng)化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對(duì)于長期高溫使用的合金，要求有較好的高溫持久和蠕變性能，應(yīng)選擇較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度；對(duì)于中溫使用并要求較好的室溫硬度、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的合金，可采用較低的固溶溫度，保證較小的晶粒度。高溫固溶處理時(shí)，各種析出相都逐步溶解，同時(shí)晶粒長大；低溫固溶處理時(shí)，不僅有主要強(qiáng)化相的溶解，而且可能有某些相的析出。對(duì)于過飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度；對(duì)于過飽和度高的合金，通常為空氣中冷卻。
不銹鋼固溶熱處理
碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度與溫度有很大影響。奧氏體不銹鋼在經(jīng)400℃～850℃的溫度范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)有高鉻碳化物析出，當(dāng)鉻含量降至耐腐蝕性界限之下，此時(shí)存在晶界貧鉻，會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，嚴(yán)重時(shí)能變成粉末。所以有晶間腐蝕傾向的奧氏體不銹鋼應(yīng)進(jìn)行固溶熱處理或穩(wěn)定化處理。
固溶熱處理：將奧氏體不銹鋼加熱到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奧氏體中，然后快速冷卻至室溫，使碳達(dá)到過飽和狀態(tài)。這種熱處理方法為固溶熱處理。
固溶熱處理中的快速冷卻似乎像普通鋼的淬火，但此時(shí)的‘淬火’與普通鋼的淬火是不同的，前者是軟化處理，后者是淬硬。后者為獲得不同的硬度所采取的加熱溫度也不一樣，但沒到1100℃。
淬火
鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。
通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
淬火能使鋼強(qiáng)化的根本原因是相變，即奧氏體組織通過相變而成為馬氏體組織。
固溶熱處理
將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持,使過剩相充分溶于固溶體中，再快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。
時(shí)效處理
時(shí)效處理可分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。
自然時(shí)效是將鑄件置于露天場地半年以上，使其緩緩地發(fā)生形變，從而使殘余應(yīng)力消除或減少；
人工時(shí)效是將鑄件加熱到550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時(shí)效節(jié)省時(shí)間，殘余應(yīng)力去除較為徹底。
根據(jù)合金本性和用途確定采用何種時(shí)效方法。高溫下工作的鋁合金適宜用人工時(shí)效，室溫下工作的鋁合金有些采用自然時(shí)效，有些必須人工時(shí)效。
從合金強(qiáng)化相上來分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然時(shí)效，而需要在高溫下使用或?yàn)榱颂岣吆辖鸬那?qiáng)度時(shí)，就需要采用人工時(shí)效來強(qiáng)化。比如LY11和LY12，40度以下自然時(shí)效可以得到高的強(qiáng)度和耐蝕性，對(duì)于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6鉚釘用合金則需要人時(shí)效。含有主要強(qiáng)化相為MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工時(shí)效強(qiáng)化，才能達(dá)到它的最高強(qiáng)度。
對(duì)于一般鋁合金，自然時(shí)效時(shí)，屈服強(qiáng)度稍低而耐蝕性較好，采用人工時(shí)效時(shí)，合金屈服強(qiáng)度較高而伸長率和耐蝕性都降低。對(duì)于鋁－鋅－鎂－銅系鋁合金LC4則相反，當(dāng)采用人工時(shí)效時(shí)，合金耐蝕性比自然時(shí)效好。
選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學(xué)成分和力學(xué)性能各不相同，因此制造工藝路線不同；同樣，不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。
特點(diǎn)
滲碳鋼塑料模的熱處理特點(diǎn)
1.對(duì)于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，要選用滲碳鋼來制造，并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對(duì)滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當(dāng)壓制含硬質(zhì)填料的塑料時(shí)模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時(shí)滲碳層厚度為0.8～1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900～920℃，復(fù)雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時(shí)間為5～10h，具體應(yīng)根據(jù)對(duì)滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級(jí)滲碳工藝為宜，即高溫階段(900～920℃)以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段(820～840℃)以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內(nèi)建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。
4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同，滲碳后可分別采用：重新加熱淬火；分級(jí)滲碳后直接淬火(如合金滲碳鋼)；中溫碳氮共滲后直接淬火(如用工業(yè)純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具)；滲碳后空冷淬火(如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具)。
淬硬鋼塑料模的熱處理
1.形狀比較復(fù)雜的模具，在粗加工以后即進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行精加工，才能保證熱處理時(shí)變形最小，對(duì)于精密模具，變形應(yīng)小于0.05%。
2.塑料模型腔表面要求十分嚴(yán)格，因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應(yīng)在保護(hù)氣氛爐中或在嚴(yán)格脫氧后的鹽浴爐中加熱，若采用普通箱式電阻爐加熱，應(yīng)在模腔面上涂保護(hù)劑，同時(shí)要控制加熱速度，冷卻時(shí)應(yīng)選擇比較緩和的冷卻介質(zhì)，控制冷卻速度，以避免在淬火過程中產(chǎn)生變形、開裂而報(bào)廢。一般以熱浴淬火為佳，也可采用預(yù)冷淬火的方式。
3.淬火后應(yīng)及時(shí)回火，回火溫度要高于模具的工作溫度，回火時(shí)間應(yīng)充分，長短視模具材料和斷面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。
預(yù)硬鋼塑料模的熱處理
1.預(yù)硬鋼是以預(yù)硬態(tài)供貨的，一般不需熱處理，但有時(shí)需進(jìn)行改鍛，改鍛后的模坯必須進(jìn)行熱處理。
2.預(yù)硬鋼的預(yù)先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應(yīng)力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。
3.預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝簡單，多數(shù)采用調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由于這類鋼淬透性良好，淬火時(shí)可采用油冷、空冷或硝鹽分級(jí)淬火。下表為部分預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝，供參考。
| 鋼號(hào) | 加熱溫度/℃ | 冷卻方式 | 回火溫度/℃ | 預(yù)硬硬度HRC |
| 3Cr2Mo | 830～840 | 油冷或160～180℃硝鹽分級(jí) | 580～650 | 28～36 |
| 5NiSCa | 880～930 | 油冷 | 550～680 | 30～45 |
| 8Cr2MnWMoVS | 860～900 | 油或空冷 | 550～620 | 42～48 |
| P4410 | 830～860 | 油冷或硝鹽分級(jí) | 550～650 | 35～41 |
| SM1 | 830～850 | 油冷 | 620～660 | 36～42 |
時(shí)效硬化鋼塑料模的熱處理
1.時(shí)效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進(jìn)行固溶處理，即把鋼加熱到高溫，使各種合金元素溶入奧氏體中，完成奧氏體后淬火獲得馬氏體組織。第二步進(jìn)行時(shí)效處理，利用時(shí)效強(qiáng)化達(dá)到最后要求的力學(xué)性能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進(jìn)行，加熱時(shí)間分別可?。?min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時(shí)能準(zhǔn)確控制終鍛溫度，鍛造后可直接進(jìn)行固溶淬火。
3.時(shí)效處理最好在真空爐中進(jìn)行，若在箱式爐中進(jìn)行，為防模腔表面氧化，爐內(nèi)須通入保護(hù)氣氛，或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑，在裝箱保護(hù)條件下進(jìn)行時(shí)效。裝箱保護(hù)加熱要適當(dāng)延長保溫時(shí)間，否則難以達(dá)到時(shí)效效果。部分時(shí)效硬化型塑料模具鋼的熱處理規(guī)范如下表。
| 鋼號(hào) | 固溶處理工藝 | 時(shí)效處理工藝 | 時(shí)效硬度HRC |
| 06Ni6CrMoVTiAl | 800～850℃油冷 | 510～530℃×（6～8）h | 43～48 |
| PMS | 800～850℃空冷 | 510～530℃×（3～5）h | 41～43 |
| 25CrNi3MoAl | 880℃水淬或空冷 | 520～540℃×（6～8）h | 39～42 |
| SM2 | 900℃×2h油冷+700℃×2h | 510℃×10h | 39～40 |
| PCR | 1050℃固溶空冷 | 460～480℃×4h | 42～44 |
塑料模鍍鉻
塑料模鍍鉻是一種應(yīng)用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強(qiáng)烈的鈍化能力，能長久保持金屬光澤，在多種酸性介質(zhì)中均不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鍍層硬度達(dá)1000HV，因而具有優(yōu)良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500℃時(shí)其外觀和硬度仍無明顯變化。
滲氮
滲氮具有處理溫度低(一般為550～570℃)，模具變形甚微和滲層硬度高(可達(dá)1000～1200HV)等優(yōu)點(diǎn)，因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時(shí)進(jìn)行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適于塑料模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學(xué)鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質(zhì)膜或超硬膜等。
來源：試劑儀器網(wǎng)
