摘要：復雜斷面鋁擠壓模具經真空淬火與電加工后淬火表層經再回火處理后模具壽命提高兩倍。
一、問題
    本公司是為全國鋁型材行業500噸—5500噸擠壓機專門制造擠壓模具的專業公司。
    每年此模具淬火近100噸，氮化近30噸。模具加工工藝如下：
1、加工路線 
    粗加工(單面留0.2—0.5mm余量)→淬火→精加工，電加工→打光，裝配試模→氮化。
2、熱處理 
    (1)材料：4Cr5MoSiV1(H13)。 
    (2)技術要求：HRC48—52。 
    (3)熱處理工藝與設備： 
    1020℃加熱，油冷，580℃、550℃兩次回火。設備為75KW鹽爐，90KW氣體滲碳爐保護加熱，井式回火爐回火。模具試模后在我廠或用戶方氮化處理，方法為普通氣體氮化，工藝為570℃、6小時氮化處理，氮化層深度為0.06—0.08mm，氮化層硬度為HV900。 
    用以上方法處理一般斷面模具，擠壓桿，積壓筒均可保證在使用中不塌不裂。硬度有的也可放寬為HRC<46—53>。這種情況下擠壓壽命主要取決于氮化質量和次數。 
    但是近幾年來隨著工業飛速發展，各種復雜斷面電子工業用散熱片，電機外殼等型材大量需求，如圖1示。這種復雜斷面的模具約占總量的四分之一左右。 
            
    這些型材在擠壓時擠壓比很大，流動成型阻力大，模具的某些工作斷面承受極大的剪切應力，如圖2，圖3示。模具的懸牙，懸橋在擠壓中早期出現倒牙，塌橋(HRC<46>)或斷牙，斷橋(HRC53)即使硬度在合格范圍內擠壓壽命也不高，怎么解決這個難題？當然選用進口鋼材，例如瑞典8407或日本SKD61，壽命可能提高，但進口料價格80元/kg，比國產料16元/kg高出幾倍，這樣一來在模具價格上用戶不肯接受，所以這是一個課題。(擠壓模具材料費在模具成本中比例較大)。 
          
          
    還有這種情況：在氮化時或擠壓前預熱時(溫度490℃—520℃)偶爾有跑溫現象發生，這時模具硬度下降，不能再使用，必須重淬，但這時模具已配合成型，間隙0.02mm左右，如重淬變形是個難題，如不重淬將造成批量報廢，損失較大。這也是生產中遇到的一個課題，針對以上問題，三年來我們采取了以下方法，取得了良好效果，介紹如下。
二、真空油淬與真空低壓氣淬
1、真空油淬
    工藝如圖4示：
 
    由于真空爐比鹽爐，氣體滲碳爐保護加熱有以下明顯優點：
    (1)加熱升溫有兩次等溫，升溫十分緩慢，熱應力很小。
    (2)真空加熱恒溫時溫差小，故加熱十分均勻，工藝過程由微機控制，所以各爐次的工藝一致性好，并可避免人工操作帶來的誤差。
    (3)冷卻時真空淬火油潔凈，同時有油攬拌，故冷卻比較均勻。
    (4)真空加熱時可脫去鋼中有害氣體，表面沒有脫碳或滲碳。
    所以真空淬火模具硬度十分均勻，通過回火后硬度可嚴格控制在HRC49—52范圍內，模具的各個斷面強度均勻而且有所提高，所以模具壽命有明顯提高。 
2、真空低壓氣淬
    對跑溫返淬成型模具，我們采用低壓氣淬，在冷室中回充氮氣約7×10 pa，風扇攪拌如圖5示：
 
    通過多爐生產實踐證明，采用此工藝，截面厚度≤50mm，注意松散擺放，均可淬硬到技術要求，補救可百分之百成功，變形十分微小。
三、電加工后表面淬火層再回火處理
    模具經電加工后，尤其是電脈沖加工，在金屬表層會形成15μ-30μ淬火組織，如圖6示：
  
    在復雜斷面懸牙兩側存在硬而脆的淬火層，在擠壓時在極大剪切應力作用下會形成微細裂紋，逐步擴展而形成掉牙的一個因素，所以我們增加了電加工后530℃-560℃，2小時再回火處理，避免表面氧化；這樣就杜絕了早期掉牙現象產生。
四、結論
1、復雜斷面擠壓模具經真空淬火與電加工后再回火處理，使模具使用壽命提高2倍，杜絕掉牙，斷橋現象產生。
2、跑溫模具可采用低壓氣淬補救。
3、真空爐雖一次投資高，熱處理價格也比常規熱處理提高一倍，但對復雜端面模具而言，非其莫屬，經濟效益明顯。 
4、ψ730mm氣體保護加熱時，嚴格控制滴量，否則，脫碳嚴重，在檢驗硬度時增加困難，嚴重增碳時因加工量小會影響以后的氮化效果，當然有條件的話，使用大型真空爐油淬或高壓氣淬，效果最佳。