壓鑄模生產效率高，能壓鑄形狀復雜、尺寸精確、輪廓清晰、表面質量及強度、硬度都較高的壓鑄件，故應用較廣，發展較快。4Cr5MoSiV1鋼是一種新型熱作模具鋼，與國內傳統熱作模具鋼3Cr2W8V相比，具有較高韌性、較好的抗冷熱疲勞性，應用于壓鑄模、熱擠壓模上壽命顯著提高，因而得到廣泛使用。但該鋼只進行淬火、回火處理尚不能充分提高模具壽命。采用“鍛熱調質預處理+去應力退火+真空高壓氣體淬火+三次高溫回火+RE-N-C-B-O-S多元共滲”復合強化工藝，對4Cr5MoSiV1鋼進行熱處理強化工藝研究。

一、鍛熱調質預處理

用來制造壓鑄模的4Cr5MoSiV1鋼毛坯均需進行鍛造。將Φ200mm熱軋原材料改鍛成所需形狀尺寸，鍛造合格成型后乘高溫余熱返回爐中加熱至1140～1150℃，保溫后油淬，即鍛熱固溶淬火；隨后進行(720±10)℃保溫2h的高溫回火，空冷；完成鍛熱調質預處理。以此獲得細密的回火索氏體組織，碳化物呈均勻、細小、彌散析出，硬度220～240HB，既有良好的冷切削加工性能，又是理想的最終淬火預處理組織。實驗表明：因鋼材顯微組織和亞結構細化明顯改善，使淬火馬氏體位錯密度增加50%～80%，并使K1c、σb分別提高35%～45%和15%～20%，提高了壓鑄模鋼內部質量。

二、去應力退火

對于壓鑄模而言，尺寸精度要求高，切削加工量大，在加工過程中，模具零件內部組織會發生不均勻的體積變化，從而產生內應力，處于一種極不穩定的狀態。因此，為了消除切削應力，減小淬火變形，在淬火前需進行退火處理。加熱時采用改變加熱速度，即先慢(100℃/h)后快(150～200℃/h)，加熱至退火溫度(680±10)℃，保溫2h后隨爐冷卻。

三、真空高壓氣體淬火

壓鑄模零件熱處理加熱過程中，表面產生的脫碳、增碳、合金元素貧化都將導致零件在使用中發生早期龜裂，所以需要進行真空熱處理，這對已精加工成型再處理的零件尤其重要。

淬火加熱是在HQG2雙室高壓氣冷真空爐中進行，該爐裝有對流循環加熱裝置，控溫系統采用PID，不出爐即可完成淬火回火工序，有效避免氧化脫碳，且畸變微小，工藝穩定。真空爐加熱主要靠輻射傳熱，由于模具較大，所以應進行二次預熱。第一次預熱的主要目的是消除零件淬火前機械加工中產生的加工應力，防止、減小加熱過程中引起淬火畸變，預熱溫度高則消除應力效果明顯，預熱溫度選定為550℃，加熱速度8℃/min，保溫時間30min+1min/mm，真空度設定為0.1Pa。第二次預熱采用850℃，加熱速度12℃/min，真空度設定為1Pa，保溫時間10min+0.5min/mm。

淬火加熱及隨后的保溫使合金元素充分溶解并完成奧氏體均勻化，獲得細針狀淬火馬氏體，得到所需高溫強度、高溫硬度、高溫韌性和抗軟化等性能。經試驗，最終淬火溫度選擇1020～1040℃，可達到固溶強化效果。保溫時間不宜過長，以防止晶粒粗大。保溫結束后，模具移至冷卻室，通入高純氮氣(99.99%，0.4～0.5MPa)進行高壓氣淬，并用風扇使氣體循環。為獲得最佳沖擊韌度和最小的尺寸變化，必須將組織中貝氏體量降至最低，通過貝氏體生成區(520～200℃)時必須強冷，淬火速率為7～8℃/s，可達到靜止油的冷速，冷卻均勻，工件畸變小。氣冷淬火可避免油煙污染，還可取消中間清洗工序，不需油水分離和廢油處理。冷卻過程中不進行等溫停留，連續冷卻至80℃。

四、真空高溫回火

淬火后不出爐，緊接著進行真空高溫回火。鋁合金壓鑄模型腔表面一般在20～600℃進行熱循環，其成型零件的回火溫度必須高于最高工作溫度10～30℃才行。故回火工藝為580～620℃保溫2h×3次，回火硬度應控制在40～48HRC。當真空度達到0.1～0.01Pa時開始加熱，加熱速度8℃/min。為了避免工件開裂，回火時應加熱均勻，先把工件加熱到380～400℃保溫1h左右，再升溫到580℃保溫2h，通入高純氮氣(0.05～0.12MPa)進行低壓快冷完成第一次回火。4Cr5MoSiV1鋼500℃左右屬回火脆性區，故選擇既避開了脆性區又有利于獲得盡量高回火硬度的回火溫度。

第二次高溫回火的主要目的是使硬度穩定。4Cr5MoSiV1鋼采用620℃回火，硬度達到44HRC時具有強度、韌性、耐磨、抗冷熱疲勞最佳搭配的綜合性能。

第三次回火的主要目的是充分消除淬火過程中產生的熱應力和組織應力，選擇比第二次回火溫度低10～20℃進行保溫?；鼗疬^程中使真空度保持在1Pa左右。第三次回火后心部硬度為41～45HRC，具有良好的強韌性配合。

五、稀土RE-N-C-B-O-S多元共滲

為避免因型腔表面熱交變應力而產生的龜裂引起模具失效，一般都需對壓鑄模表面進行強化處理。表面強化處理的方法很多，熱擴滲是材料表面強化的一項重要工藝技術。當前，應用最廣泛的是兩種或兩種以上元素的共滲。熱擴滲工藝周期比較長且能耗多，因此，提高擴滲速度，縮短生產周期具有十分重要的意義。研究表明，稀土元素在提高共滲速度、增加滲層厚度、改善滲層組織和性能方面有良好的作用。采用稀土RE-N-C-B-O-S多元共滲工藝，實現對4Cr5MoSi-V1鋼表面強化處理。

試樣表面經嚴格除油除銹后裝入RQ3-60井式氣滲爐，工藝規范：610℃保溫6h，滴量為初始90d/min×1h，而后50～70d/min×5h。硬度脆性用HV-120型維氏硬度計檢測；滲層深度、金相組織用NEOPHOT32型金相顯微鏡檢測。共滲劑由甲醇、尿素、甲酰胺、硫脲、硼酸組成。

4Cr5MoSiV1鋼經鍛熱調質預處理后，鋼材顯微組織和亞結構細化明顯改善，提高了壓鑄模鋼內部質量。采用復合強化工藝后，與常規工藝相比，模具使用壽命平均可提高4～5倍。

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