模具通過(guò)熱處理獲得所需的工藝性能和使用性能，保證在正常服役條件下能具有一定的使用壽命。但是，如果熱處理工藝不合理或操作不當(dāng)，將會(huì)產(chǎn)生明顯缺陷，如變形、開(kāi)裂，會(huì)嚴(yán)重影響到模具鋼的組織狀態(tài)，引起模具早期失效，縮短模具壽命。

模具熱處理包括預(yù)備熱處理，如球化退火、正火、去應(yīng)力回火、調(diào)質(zhì)處理等。也包括最終熱處理，如淬火、回火表面強(qiáng)化處理等。

1.毛坯預(yù)處理工藝的影響

正確的預(yù)處理對(duì)于提高模具的承載能力和使用壽命起著積極的作用。預(yù)備熱處理的主要目的是獲得需要的加工工藝性能，為模具最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，其作用是消除毛坯殘存的組織缺陷，形成有利于強(qiáng)韌性、冷加工工藝性和減少淬火缺陷的原始組織。熱處理的關(guān)鍵一是加熱溫度的選擇，以保證碳化物充分溶解或合金元素充分固溶，二是冷卻方法（速度或等溫溫度）的選擇，以保證能獲得合適的切削硬度，使所析出的碳化物均勻分布。

鍛后退火可以去除鍛后應(yīng)力，調(diào)整工件加工硬度，還可以調(diào)整碳化物的形狀和分布，退火是否主充分對(duì)模具鋼的斷裂抗力影響也很大，需要對(duì)退火工藝予以足夠重視。預(yù)處理后的組織對(duì)淬火開(kāi)裂傾向及變形脹縮趨勢(shì)也有很大的影響，經(jīng)試驗(yàn)預(yù)處理后獲得的調(diào)質(zhì)細(xì)球化體組織的變形傾向遠(yuǎn)小于片狀珠光體組織。

鋼中不均勻分布的碳化物對(duì)模具的強(qiáng)度、韌性等會(huì)造成明顯損害，可以通過(guò)鍛造工藝處理再進(jìn)行合適的熱處理之得以改善。如T8A鋼沖頭經(jīng)碳化物微細(xì)化處理后進(jìn)行低溫淬火，可顯著減少崩裂，壽命提高10倍。Cr2鋼經(jīng)碳化物微細(xì)化處理后，再淬火回火到59～60HRC，其無(wú)缺口沖擊值可比普通處理提高1倍以上，可以使模具壽命提高一至數(shù)倍。采用高溫固溶處理正火消除鍛坯中的網(wǎng)狀二次碳化物或鏈狀碳化物，可明顯提高鋼的斷裂韌度。細(xì)化碳化物后，可使鋼的塑性及沖擊韌度值提高近1倍。

高速鋼及高鉻鋼的共晶碳化物不均勻性經(jīng)高溫奧氏體化退火后，再進(jìn)行等溫退火，可使大、中截面鋼材的碳化物不均勻度由8～9級(jí)變?yōu)?～7級(jí)。可顯著改善小型毛坯中碳化物的分布，特別是促進(jìn)小顆粒碳化物球化和大塊碳化物棱角圓整化，并細(xì)化了晶粒，用于冷鐓模可使壽命提高1倍以上。

奧氏體晶粒超細(xì)化預(yù)處理可全面改善模具鋼的強(qiáng)度、韌性及抗壓強(qiáng)度。W6Mo5Cr4V2鋼超細(xì)化處理后晶粒度由常規(guī)等溫處理到10極提高到12極，抗彎強(qiáng)度提高了近20%。9SiCr鋼制滾絲模經(jīng)超細(xì)化預(yù)處理后，晶粒度從常規(guī)處理后的8～9級(jí)細(xì)化為13～14級(jí)，抗彎強(qiáng)度提高30%，斷裂撓度上升40%，服役壽命提高1倍以上。

2.最終熱處理工藝的影響

最終熱處理的關(guān)鍵是淬火工藝的制定。由于熱處理工藝或操作不當(dāng)導(dǎo)致模具早期失效的數(shù)量約占模具失效總數(shù)的60%左右。熱處理加熱溫度的高低、保溫時(shí)間的長(zhǎng)短、冷卻速度的快慢和爐內(nèi)氣氛等工藝參數(shù)的選擇不當(dāng)，都會(huì)造成模具淬火開(kāi)裂或早期失效。模具在熱處理過(guò)程中應(yīng)保證加熱均勻，冷卻均勻，并應(yīng)防止模具表面產(chǎn)生氧化和脫碳，淬火后應(yīng)及時(shí)、充分回火，以提高模具硬度的均勻性，從而獲得良好的耐磨性和高的疲勞抗力或高的冷熱疲勞壽命。

淬火溫度如果過(guò)高，會(huì)使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，大量碳化物溶入基體，淬火后出現(xiàn)粗針馬氏體，增加了模具熱處理應(yīng)力，使模具變脆，服役中容易出現(xiàn)開(kāi)裂、崩刃、折斷等問(wèn)題。如冷作模具鎮(zhèn)流器引伸模，由走私為150mm的CrWMn鋼的棒材鍛造后加工成形，熱處理淬火溫度為840～850℃，油冷淬火。當(dāng)該模具沖壓400件產(chǎn)品時(shí)發(fā)生斷裂，經(jīng)調(diào)查，是由于控溫儀表失靈，使模具淬火加熱溫度高達(dá)870℃，造成淬火后得到粗大馬氏體，使模具脆性增加。又由于有大量殘留奧氏體，使鋼材熱導(dǎo)率下降，在磨削加工容易形成磨削裂紋，致使模具在服役過(guò)程中磨削裂紋迅速擴(kuò)展而導(dǎo)致開(kāi)裂。

淬火溫度如果過(guò)低，則不能保證足夠的合金元素固溶于基體之中，致使鋼的淬透性下降，回火穩(wěn)定性降低，模具硬度降低，同時(shí)降低鋼的高溫強(qiáng)度、組織穩(wěn)定性及冷熱疲勞抗力，造成模具產(chǎn)生塌陷、變形和磨損，導(dǎo)致模具的使用壽命降低。

淬火冷卻是淬火后能否獲得需要的組織性能的決定性因素。如果冷卻過(guò)快或油溫過(guò)低，易出現(xiàn)淬火裂紋，將會(huì)嚴(yán)重縮短疲勞壽命，甚至引發(fā)早期斷裂。若冷卻速度太慢將發(fā)生非馬氏體型轉(zhuǎn)變，同樣會(huì)對(duì)模具壽命造成不良影響。對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，因淬透性較差，必須采用冷卻速度較大的油冷或水冷才能獲得預(yù)期的效果。合金鋼的淬透性高，可采用油冷淬火或空冷。對(duì)于大型模具，尤其是模壁較厚的部位，中心區(qū)域冷卻速度較慢往往得不到馬氏體組織，會(huì)使碳化物或雜質(zhì)元素沿晶析出或偏聚，形成“黑色晶界”，增加模具脆性，服役中會(huì)和造成模具脆性斷裂。

模具的硬度影響著模具的強(qiáng)度及耐磨性等性能，但硬度提高往往使模具的塑性和韌性下降。模具發(fā)生早期失效大部分是由于工作硬度過(guò)高，損失了韌性而導(dǎo)致早期斷裂；少部分是由于工作硬度過(guò)低而呈現(xiàn)早期變形或磨損。對(duì)于不同的模具，有其自身的最佳強(qiáng)韌性配合狀態(tài)，應(yīng)對(duì)模具的壽命、失效形式、主要影響因素進(jìn)行分析后，找出硬度及韌性等方面的最佳配合。

例如T10A鋼沖頭在軟質(zhì)硅鋼片上沖小孔，僅沖幾千片就因毛刺過(guò)大而失效。如將沖頭硬度從56～58HRC提高到60～62HRC，則壽命可提高到2～3萬(wàn)次，再繼續(xù)提高硬度，則由于韌性不足容易出現(xiàn)早期斷裂，使壽命降低。用3Cr2W8V鋼制熱擠壓模，硬度為45～50HRC時(shí)容易出現(xiàn)早期斷裂，硬度降到38～40HRC時(shí)，不再出現(xiàn)早期斷裂，平均壽命明顯提高。

另外，最終熱處理中的回火也是重要工序。首先模具回火要充分，高合金模具一般要求回火兩次以上，這是因?yàn)殇撝械臍埩魥W氏體在回火冷卻過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，經(jīng)兩次以上回火可以使殘留奧氏體充分轉(zhuǎn)變。否則，將在模具中殘留較大的淬火應(yīng)力，降低模具韌性，使模具易發(fā)生早期斷裂。為縮短工時(shí)，提高設(shè)備利用率，回火時(shí)間可適當(dāng)縮短些。

加熱過(guò)程中對(duì)工件的保護(hù)不到位引起的脫碳或過(guò)過(guò)保護(hù)造成的表面增碳，都會(huì)造成工件的壽命降低。表面過(guò)度增碳將使材料的韌性下降，熱疲勞抗力降低，增加了崩刃、脆斷的傾向，使裂紋擴(kuò)展速度增加。冷作模具表面增碳后，主要出現(xiàn)崩刃、脆斷等失效形式。用3Cr2W8V、5CrNiMo鋼制作的模具，采用氣體滲碳爐或固體滲碳劑保護(hù)加熱淬火，易形成表面增碳層，厚度為0.5～1.0mm，含碳量ωc可達(dá)到0.7%～1.0%，導(dǎo)致早期熱疲勞龜裂。

脫碳是模具淬火加熱過(guò)程中最常見(jiàn)的表面缺陷，加熱溫度低于800℃的木碳、未充分脫氧的鹽浴、未高度凈化的分解氨氣及氫氣，都不能保證模具表面不發(fā)生脫碳。脫碳層強(qiáng)度低、耐磨性差、易產(chǎn)生微裂紋，如未經(jīng)去除，則會(huì)降低模具耐磨性及疲勞抗力。3Cr2W8V鋼熱沖模在高溫箱式爐內(nèi)加熱淬火時(shí)，為了防止氧化脫碳，操作者采用舊固體滲碳劑保護(hù)，引起了表面滲碳，淬火前為了清除滲碳劑，在空氣中作了短時(shí)間停留則又引起表面脫碳，在滲碳層外面形成鐵素體組織。沖模在服役過(guò)程中，由于表面脫碳，強(qiáng)度低，使沖頭表面產(chǎn)生強(qiáng)烈磨損，而脫碳層下面的增碳層降低了鋼的熱導(dǎo)率，使模具內(nèi)外溫度梯度加大，增加了熱應(yīng)力和熱應(yīng)變，溝槽處成了熱疲勞裂紋的起源，導(dǎo)致沖模早期失效。

4Cr5MoSiV1是制作大、中型鋁合金壓鑄模的最佳材料，即使脫碳層極薄，也明顯影響疲勞抗力。用此材料制作的鋁合金壓鑄模至少壓鑄上萬(wàn)次后才出現(xiàn)熱疲勞裂紋。曾有一套上述模具僅壓鑄2000次就出現(xiàn)了早期熱疲勞而失效，對(duì)熱疲勞裂紋處模截面進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)表面存在0.1mm厚的貧碳層，距表面0.05mm處硬度為362HV，0.10mm處硬度為386HV，0.15mm處硬度為412HV，0.2mm處硬度為426HV。