T10A碳素工具鋼的熱處理工藝技術分析

周紅星

【摘 要】基于T10A材料的沖裁模具在現代工業領域的應用范圍相當廣，但沖模失效的現象卻普遍存在，其極大地制約著模具制作質量的提高。沖模失效的影響因素往往與沖裁模的制作環境、沖裁模的制作材料、毛坯的制作質量和沖裁模的熱處理工藝間存在著某種關聯。本文就T10A碳素工具鋼的熱處理工藝技術展開討論。

【關鍵詞】T10A；熱處理工藝；沖裁模；碳素工具鋼

基于T10A碳素工具鋼的沖裁模具在現代機械工業領域的應用非常廣，而機械工業的生產效率很大程度上直接取決于沖裁模具的制作質量。沖模失效是沖裁模具制作的最大阻礙，基于其成因的分析可知，鍛造方法的合理性和熱處理工藝的改進具有現實意義，即實現沖裁模具使用性能的提高和使用壽命的延長。本文結合具體案例，就T10A碳素工具鋼的熱處理工藝展開討論。

1.沖裁模工作條件和性能要求

沖裁模是完成沖壓生產的必要裝備，即沖壓生產工藝方案的落實離不開模具結構的支持。沖裁模的制作質量和制作精度直接影響著沖壓零件的質量和精度，而沖壓生產效率和沖裁模使用性能和壽命直接取決于沖裁模結構的先進性和合理性。源于沖裁模尺寸、形狀、精度和生產條件的差異，沖裁模結構和類型也不盡相同。

1.1工作條件

沖裁模多用作板材的落料和板材的沖孔。源于凹凸模具的刃口即為模具的工作部位，其必然會承受模具工作階段產生的剪切力、沖擊力、彎曲力和摩擦力。

1.2性能要求

源于沖裁模具的工作條件，即在沖裁階段，沖裁模具承受著彎曲應力和摩擦力，沖裁模具必須具備足夠高的抗彎曲強度、抗壓強度、韌性、耐磨性和硬度（見表一），且其還應該具備較小的熱處理變形量和低廉的造價。需注意，沖裁模具的制作板材決定了沖裁模具的性能指標。就板材厚度而言，冷沖裁模具包括板厚大于1.5mm的厚板沖裁模和板厚≤1.5mm的薄板沖裁模，其中薄板沖裁模要求板材的耐磨性要高；厚板沖裁模要求板材的抗彎曲強度、耐磨性和強韌性要高，以防沖裁模具斷裂。

表一 不同沖裁模具的硬度要求

基于沖裁模工作條件和性能要求，某電力設備企業應用了基于T10A碳素工具鋼的沖裁模具。T10A碳素工具鋼具有強耐磨性、高強度、切削加工和鍛造加工簡單、造價低廉等優點。源于碳素工具鋼的高含碳量、低塑性，務必要嚴格控制碳素工具鋼的純度，以確保切實消除淬裂現象的出現，而P/S的含量應被控制在0.02%或0.03%內。

2.毛坯制作要求

一般而言，沖裁模應經鍛造制成毛坯。碳素工具鋼良好的鍛造性能，務必要嚴格控制鍛造階段存在的表面脫碳現象，且注意盡可能縮短加熱時間和鍛壓比（>4）。待碳素工具鋼鍛造結束，在進行空氣冷卻處理，需注意初鍛溫度為1200℃；終鍛溫度為800℃。

3.熱處理工藝分析

T10A碳素工具鋼熱處理的主要工藝流程為：預先熱處理→淬火→回火。本文就以上三個方面展開討論。

3.1預先預處理工藝

待T10A碳素工具鋼鍛造完畢，為了方便后序加工和最終熱處理，務必要采取措施，使鍛件應力被消除和組織被改善，以確保鍛件具備適宜的組織和強度?；诖?，就毛坯狀態中的鍛件做預先預處理具有現實意義。一般而言，球化退火法（見表二）可使T10A碳素工具鋼的滲碳體以球狀形式均勻分布開來。如果鍛件在晶界方向產生網狀碳化物，則有必要先做正火處理再做球化退火處理。實踐證實，球化退火法可獲取鐵素體機體中的粒狀碳化物組織。

表二 某企業球化退火工藝參數

3.2淬火工藝

源于T10A的低淬透性，其有必要事先做冷水冷卻處理，但易引起沖裁模具淬裂或變形。此外，源于碳素工具鋼的熱敏感性，晶粒的體積會隨之變大，而碳素工具鋼的淬火溫度多波動于奧氏體與碳化物的共存區間，原因在于碳化物可通過阻止奧氏體的增長把碳素工具鋼的晶?？刂频揭蠓秶鷥?，進而確保碳素工具鋼的韌性及沖裁模具的耐磨性。一般而言，淬火加熱溫度應保持在最低溫度，即760-780℃，以防模具出現淬火開裂現象，且注意T10A碳素工具鋼冷卻的基礎應為淬火法。

模具材質和加熱時間的確定取決于工件的尺寸，即不同的工件大小對應不同的升溫時間，不同的模具材質對應不同的保溫時間和加熱時間，且注意模具的組織性能取決于加熱時間的控制。一般而言，碳化物溶解的保溫時間應控制在15min-25min內，以確保T10A冷作模具基體奧氏體化。

3.3回火工藝

沖裁模具的回火處理應安排在淬火加工工藝完畢之后，且注意銜接時間的控制，回火溫度的確定基礎應為沖裁模具的硬度要求，以確保沖裁模具成品能夠滿足韌性、強度和硬度的要求。就T10A碳素工具鋼而言，不同的回火溫度對應不同的強度要求（見表三）：

表三 T10A碳素工具鋼在不同回火溫度下的硬度

需注意，回火溫度在200℃-300℃間時，任何冷作模具鋼均會出現回火脆性現象，進而引起模具韌性下降，則高韌性的T10A碳素工具鋼模具要求盡可能規避上述回火溫度。

4.結束語

綜上所述，T10A碳素工具鋼憑借著自身所具備的造價成本低廉、使用性能優等優點而被廣泛應用于各小批量機械生產領域。但在沖裁模具的制作階段，務必要基于性能要求和工作條件選擇最佳的鍛造方法和熱處理工藝，以確保模具使用性能的提（下轉第118頁）（上接第21頁）高和使用壽命的延長。

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