摘要：由于传统的金属材料处理方法极易对金属材料产生磨损，导致金属材料的使用寿命缩短，因此，通过对冲压模具常用金属材料热处理工艺进行研究，以期选择合适的材料满足冲压模具的要求。在热处理工艺方面可优化温度控制和保温时间来改善材料的性能。文章研究中使用硬度测试和韧性测试，并对材料进行评价，结合实验结果进行分析。研究结果表明，选择合适的金属材料并优化热处理工艺能大大提高冲压模具的性能和使用寿命。

　　关键词：冲压模具；金属材料选择；热处理工艺；性能评价

　　冲压模具在工业制造领域中起着至关重要的作用，广泛应用于汽车、电子、家电等行业中的零部件生产过程。冲压模具的质量和性能直接影响到产品的精度、表面质量以及生产效率。因此，正确选择适合的金属材料并优化热处理工艺对于冲压模具的设计和制造至关重要。

　　随着先进制造技术的快速发展，冲压模具对材料的需求也日益高涨，其常用的金属材料主要包括工具钢、合金钢和铸铁。相较于传统材料，新型材料的出现为冲压模具的设计和功能开辟了新的可能性。但是，在选择合适的金属材料时，需要考虑其硬度、韧性、耐磨性以及热稳定性等特性，并与实际应用需求相匹配，以确保模具的使用寿命和制品质量。然而，目前对于冲压模具常用金属材料的选择原则，以及热处理工艺的研究存在不足之处，尤其缺乏针对新型材料的深入探索。因此，文章系统地分析和对比不同金属材料的特性，探索在实际工业环境中选用合适的金属材料并优化相应的热处理工艺。

　　1冲压模具常用金属材料类型

　　1.1工具钢

　　1.1.1工具钢的优势

　　一是高硬度，工具钢通常具有较高的硬度，能够在冲压过程中保持稳定的切削性能和耐磨性，并能抵抗切削和磨损的影响；二是良好的切削性能。工具钢易于加工，能够精确的切削操作，并且可制成复杂形状的冲压模具；三是较高的耐磨性。工具钢表现出良好的耐磨性能，能够承受长时间使用而不失去材料的原有性能；四是较好的热稳定性。工具钢在高温环境下保持稳定的性能，不易变形或软化，从而保证模具的使用寿命。

　　1.1.2常用的工具钢材料

　　（1）Cr12MoV：属于冷作模具钢，具有优异的切削性能和较高的硬度。一般会用于弯曲、拉伸等工艺模具。

　　（2）SKD11：具有高耐磨性和一定的韧性，适用于制造大型冲压模具和复杂工艺件。

　　（3）9SiCr：适用于制造高精度小型冲压模具，具有较好的切削性和耐磨性。

　　1.2合金钢

　　合金钢作为一种特殊的钢材，以其独特的合金元素组成而备受瞩目。其特点在于，通过添加适量的合金元素，如铬、镍、钼等，合金钢在强度、韧性、耐腐蚀性等方面展现出显著优势。

　　首先，强度和韧性。合金钢通过精确控制合金元素的添加量，如碳、硅、锰等基础元素与铬、镍、钼等特种元素的巧妙结合，实现了强度与韧性的完美平衡。其次，耐腐蚀性能。通过添加铬等元素，合金钢能够在恶劣环境下保持稳定的性能，有效延长使用寿命，特别适用于化工、海洋等腐蚀性较强的领域。此外，热稳定性非常突出。在高温条件下，合金钢能够保持较好的强度和韧性，不易发生变形和失效，因此广泛应用于汽车发动机、航空发动机等高温部件的制造。

　　1.3铸铁

　　铸铁的优势主要包括：①低成本：铸铁的原材料成本相对较低，能以较低的价格获得；②易加工：铸铁具有较好的流动性和可铸造性，制造出复杂形状的冲压模具；③振动吸收能力：铸铁具有良好的振动吸收能力，减少冲压过程中的振动和噪音。

　　常用的铸铁材料包括：①灰铸铁：具有较高的硬度和耐磨性，适用于一些低负荷和低精度的冲压模具制造；②球墨铸铁：具有良好的韧性和冲击强度，适用于承受大冲击和高负荷的冲压模具。

　　2冲压模具热处理工艺

　　2.1退火

　　退火是一种旨在降低金属材料内部应力、细化晶粒、改善组织结构和提高塑性与韧性的热处理工艺。该过程首先将待处理材料加热至高于其再结晶温度但低于熔点的某一合适温度，保持一段时间使材料内部原子有足够的时间进行重排，形成更为均匀、细小的晶粒结构。随后，进行缓慢而均匀的冷却，避免材料因快速冷却而产生的内应力和脆性。退火广泛应用于消除铸件、锻件、焊接件及冷加工件中的残余应力，以及改善合金的切削加工性能等方面。

　　2.2正火

　　正火是一种将钢材加热至其完全奥氏体化温度以上，保持一定时间后，在空气中自然冷却的热处理工艺。此过程旨在细化晶粒，均匀材料组织，提高钢的机械性能，特别是硬度和强度，同时改善其切削加工性和使用性能。与退火相比，正火冷却速度较快，因此获得的组织较为致密，硬度较高。正火常用于改善低碳钢和低合金钢的切削加工性能，以及作为淬火前的预备热处理，以减少淬火变形开裂倾向。

　　2.3淬火

　　淬火是热处理中最为关键且复杂的一步，其目的在于使钢材在加热至相变温度（如Ac3或Ac1线）以上后，通过快速冷却（如水淬、油淬等），使奥氏体组织转变为马氏体组织。这一过程极大地提高了钢的硬度和强度，但同时也可能引入较高的内应力和脆性。淬火的成功与否，关键在于控制加热温度、保温时间和冷却速度三个要素。淬火后的钢材，虽然硬度显著提升，但往往需要进行后续的回火处理以调整其综合力学性能。

　　2.4回火

　　回火是对淬火后的钢材进行再加热处理的过程，加热温度通常低于钢材的临界转变温度（如Ac1线），并保持一段时间后进行冷却。回火的主要目的是消除或减轻淬火时产生的内应力和脆性，同时调整材料的硬度、强度、塑性和韧性等力学性能，使其达到使用要求。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火，分别用于获得不同的组织和性能。

　　3金属材料的热处理工艺的应用

　　3.1碳素钢处理

　　在冲压模具制造中，碳素钢作为常用的基础材料，其处理至关重要。首先，需根据模具的使用条件和要求，选择适当的碳素钢型号。随后，热处理过程是关键，通过精确控制加热、保温和冷却过程，调整材料的硬度和韧性，以达到理想的性能。如图1所示。对于高碳低合金钢的处理，要以高温淬火为主，同时还要进行冷却处理，回火时要将温度控制在200℃。

　　从图1能看出，在对碳素钢进行热处理的过程中，所选为的材料为45#，所使用的温度在200℃以上，M片板，T为屈氏体，在处理过程中形成黑色块，通过时间的不断延长，炉内进行处理完成后，形成M片板（白色）及屈氏体（黑色块），并且温度也会慢慢下降，从而完成碳素钢处理。

　　3.2高碳高铬热处理

　　高碳高铬材料在冲压模具制造中以其卓越的耐磨性和微变形特性受到青睐。针对这类材料，热处理工艺需精细调控。当模具要求高韧性且变形量小时，推荐采用低温淬火和回火工艺；而面对高温工作环境，则适用高温淬火（约1100℃)和回火（约500℃)处理，以维持材料硬度和稳定性。这种定制化的热处理方案确保了高碳高铬模具在不同工况下的优异性能，如图2所示。

　　3.3高速钢

　　高速钢以其优异的切削性能和耐磨性在模具制造领域占据重要地位。对于高速钢的热处理，首先采用高温淬火以获取高硬度。在淬火过程中，运用热油和硝盐进行分级冷却，确保材料内部应力的均匀释放。淬火完成后，应立即进行回火处理，以消除残余应力，提高韧性。这种热处理流程能够充分发挥高速钢的性能优势，满足模具制造的高要求。

　　3.4基体钢

　　基体钢作为模具制造的重要材料，其热处理工艺需要精细控制。通过高温淬火，确保材料获得理想的硬度。进行两次回火处理，以消除残余应力，提升材料的韧性和稳定性。对于不同型号的基体钢，如65Nb钢，可通过添加特殊材料细化晶粒。

　　3.5合金材料

　　合金材料在模具制造中因其独特的性能而备受青睐。对于微变形需求的低合金钢，通过淬火工艺配合200℃下1~3h的回火处理，即可显著提升其强度，以满足应用要求。而韧性出色的合金钢，需在900℃进行淬火，利用盐浴炉均匀加热，并通过灵活选择空冷、油冷或风冷等冷却方式，来优化其性能。对于既耐磨又具韧性的高级合金材料，在完成高温淬火后，还需在530℃下进行三次精确的回火处理，以确保其综合性能达到最佳状态。

　　4冲压模具热处理质量控制措施

　　4.1预热处理

　　在冲压模具热处理过程中，预热处理是确保质量的关键环节。根据模具材料特性和尺寸，确定合适的预热温度和时间。同时，严格控制预热速度，避免快速升温引起的热应力，如图3所示。

　　4.2淬火和回火处理工艺的调整和优化

　　淬火和回火是冲压模具制造中至关重要的热处理工艺，对模具的性能和寿命有着直接影响。

　　（1）回火控制的优化是确保模具质量的关键。在零件淬火后，应立即进行回火处理，以消除淬火过程中产生的残余应力，减少变形和开裂的风险。回火时间需要严格控制，不宜过长，以避免过度软化导致模具硬度和耐磨性能下降。

　　（2）零件保护在热处理过程中同样重要。淬火和回火过程中，模具零件容易产生变形和开裂，特别是在一些结构复杂或尺寸较大的零件中。

　　（3）加热温度的确定是热处理过程中的另一个关键环节。淬火温度过高会导致奥氏体颗粒变大、氧化和变形等问题，而温度过低则会导致零件内部收缩、尺寸降低。

　　（4）在淬火处理方面，为提高模具的淬透性和降低变形风险，可采用分级淬火和多次回火的方式。分级淬火能够有效控制冷却速度，减少热应力和变形。

　　5结束语

　　综上所述，文章对冲压模具常用金属材料及其热处理工艺进行了探讨，提供了更好的指导和技术支持，以满足现代冲压加工的需求。合理选择和控制材料以及热处理工艺参数，能够提高模具的硬度、韧性和耐腐蚀性，从而提高冲压加工的效率和产品质量。

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