鋼結(jié)硬質(zhì)合金是用一種或多種碳化物做硬質(zhì)相，以鋼做粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的一種高性能的工程材料，其性能介于模具鋼和普通硬質(zhì)合金之間，既具有普通硬質(zhì)合金的高硬度、高強(qiáng)度、高熱硬性、高耐磨性，又具有模具鋼優(yōu)越的冷、熱加工性和良好的韌性，可對(duì)其進(jìn)行切削加工、鍛造加工、焊接成形、熱處理強(qiáng)化等。熱處理后的變形小，可用于制造一般模具鋼無(wú)法勝任的大型、重載的模具。鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具材料的廣泛應(yīng)用，將為模具工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)生機(jī)，使模具的使用壽命大幅度提高，加快我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐。

　　熱處理工藝是提高模具性能和使用壽命的有效途徑，對(duì)于鋼結(jié)硬質(zhì)合金而言，由于鋼的基體作用，熱處理工藝同樣有效。本文將以幾種典型鋼結(jié)硬質(zhì)合金為例探討其熱處理操作及其應(yīng)用，以及熱處理工藝對(duì)模具力學(xué)性能和使用壽命的影響。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基本特點(diǎn)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法主要有浸漬法、熱壓法、熱擠壓法、熱等靜壓法和液相燒結(jié)法（即粉末冶金法）等，目前最常用的生產(chǎn)方法是液相燒結(jié)法，其原理類(lèi)似于普通硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，也稱(chēng)為粉末冶金法，即先將碳化鈦、碳化鎢等硬質(zhì)相粉末和高速鋼、合金鋼等鋼基體粉末及一定量的成形劑粉末混合均勻，再進(jìn)行壓制成形和燒結(jié)，最后經(jīng)過(guò)鍛造和熱處理得到具有不同使用性能的鋼結(jié)硬質(zhì)合金制品，如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的GT35、GW50、GW40鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料等。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金由于組成不同、生產(chǎn)方法不同，其特點(diǎn)亦不相同，一般來(lái)說(shuō)有如下幾個(gè)基本特點(diǎn)：鋼結(jié)硬質(zhì)合金中的硬質(zhì)相（碳化鎢或碳化鈦等）一般可占合金總重量的30%——50%，其余部分為鋼的基體。由于鋼的基體所占比例較大，鋼的性質(zhì)較為明顯，因而可進(jìn)行鍛造和熱處理等加工工藝。

　　經(jīng)過(guò)粉末混合、壓制成形、燒結(jié)、鍛造、切削加工、熱處理等工序后，可得到各種規(guī)格、各種形狀的鋼結(jié)硬質(zhì)合金制品，其韌性指標(biāo)較普通硬質(zhì)合金有較大程度的改善，硬度可達(dá)到60 ——70HRC，經(jīng)過(guò)鍛造、切削加工和熱處理等工藝處理后，可制成各種復(fù)雜的模具，其應(yīng)用范圍將更加廣泛。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金制品可根據(jù)需要進(jìn)行各種熱處理操作，以滿足不同模具在使用性能上的要求，特別是經(jīng)過(guò)淬火和回火后，可獲得回火馬氏體+合金碳化物+均勻分布的硬質(zhì)相的典型組織，保證了模具材料的強(qiáng)度、硬度、韌性等使用性能要求，同時(shí)形成了有效的耐磨面，從而大大提高了鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的耐磨性。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金的成分可根據(jù)模具的使用性能要求和工藝性能要求進(jìn)行靈活的調(diào)整。作為鋼結(jié)硬質(zhì)合金基體和粘結(jié)相的鋼種可以根據(jù)具體需要進(jìn)行大范圍的改變，這種改變有利于在滿足模具使用要求的前提下，有效地降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效益。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具與合金鋼模具相比，雖然價(jià)格較高，但模具的使用壽命會(huì)提高十幾倍到幾十倍；可以減少模具用量以及更換模具所需的時(shí)間；可以采用鑲嵌的方式在模具的關(guān)鍵部位使用，從而降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量及加工精度。

　　對(duì)于有特殊要求的模具和耐磨件，如在要求耐磨的同時(shí)又要求耐蝕、耐熱、導(dǎo)熱、耐氧化等性能時(shí)，可通過(guò)調(diào)整粘結(jié)相的基本類(lèi)型，使其具有不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、高速鋼等特性，同時(shí)兼有較好的韌性，以滿足不同場(chǎng)合的使用要求。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金的鍛造及熱處理工藝由于鋼結(jié)硬質(zhì)合金內(nèi)部的組成特點(diǎn)，決定了其必須進(jìn)行必要的加工后才能使用，首先鋼結(jié)硬質(zhì)合金必須進(jìn)行鍛造，以增加材料的密度，使碳化物分布均勻，并有效地提高鋼結(jié)硬質(zhì)合金的韌性；通過(guò)對(duì)鋼表1結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理，改善碳化物在其內(nèi)部的分布狀況，得到所需的顯微組織和力學(xué)性能。

　　鍛造鋼結(jié)硬質(zhì)合金中含有較多的碳化鈦、碳化鎢等高熔點(diǎn)碳化物，基體的連續(xù)性較差，常出現(xiàn)孔隙、疏松、夾雜、偏析、發(fā)裂、碳化物顆粒不均勻或偏聚等，影響鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能。通過(guò)鍛造不僅可以成形，更重要的可以使硬質(zhì)相彌散均勻地分布于鋼的基體中，降低合金碳化物的偏析傾向，促使粗大、尖角狀碳化鎢、碳化鈦等圓化、細(xì)化，消除碳化物的“橋接”，焊合孔隙，提高致密度，增加基體的連續(xù)性，改善內(nèi)部顯微組織，提高鋼結(jié)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度、剛度與沖擊韌度，充分發(fā)揮鋼結(jié)硬質(zhì)合金的潛力。實(shí)踐證明，鍛造可有效地提高鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的力學(xué)性能。鋼結(jié)硬質(zhì)合金GT35與TIMW50的鍛造加熱溫度及鍛造前后退火狀態(tài)下的力學(xué)性能。

　　GT35與TLMW30的鍛造溫度及鍛造前后力學(xué)性能比較牌號(hào)始鍛溫度終鍛溫度鍛前，鍛后鍛刖ak鍛后ak鍛前鍛后2.2退火鋼結(jié)硬質(zhì)合金和模具鋼一樣可以進(jìn)行車(chē)、銑、刨、磨、鉆等切削加工，但鋼結(jié)硬質(zhì)合金在燒結(jié)狀態(tài)時(shí)，作為粘結(jié)相的鋼基體通常為馬氏體或貝氏體組織，同時(shí)鋼結(jié)硬質(zhì)合金中還含有30%——50%的碳化鎢、碳化鈦等硬質(zhì)相，在鍛造后硬度很高，一般為53 ——56HRC，不宜進(jìn)行切削加工，所以必須進(jìn)行退火處理，改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，降低硬度。生產(chǎn)中一般采用等溫球化退火，一方面用于改善切削加工性能；一方面為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備。退火后鋼結(jié)硬質(zhì)合金的顯微組織一般為鐵素體+球狀珠光體+合金碳化物，退火加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，加熱溫度不宜過(guò)高，以免出現(xiàn)氧化、脫碳、奧氏體穩(wěn)定化等現(xiàn)象。

　　幾種常用鋼結(jié)硬質(zhì)合金的退火工藝及退火后的硬度牌號(hào)退火工藝退火后的硬度HRC 850870C加熱、保溫4小時(shí)在729740C等溫34小時(shí)爐冷至5roC出爐空冷2.3淬火與回火鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的淬火加熱過(guò)程，同樣包含有從低溫組織向奧氏體組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程，淬火后可使鋼結(jié)硬質(zhì)合金中的基體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體+少量的殘余奧氏體+硬質(zhì)相的組織。由于鋼結(jié)硬質(zhì)合金中的碳化鈦、碳化鎢等硬質(zhì)相的存在，雖然能有效地提高材料的耐磨性，但要求基體必須有一定的強(qiáng)度和硬度來(lái)支撐硬質(zhì)相，防止出現(xiàn)軟陷和剝落。所以，必須對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行淬火處理，一般可采用普通淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火，其中分級(jí)淬火和等溫淬火能有效防止模具的變形和開(kāi)裂，且性能較均勻。

　　由于鋼結(jié)硬質(zhì)合金中含有較多的高熔點(diǎn)碳化物，過(guò)熱敏感性較小，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，因此淬火加熱溫度范圍較寬。

　　模具的具體加熱溫度可根據(jù)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的化學(xué)成分、模具的使用性能要求以及模具的復(fù)雜程度進(jìn)行選擇。一般選擇960 ——1100°C均能淬透、淬硬，且晶粒不易長(zhǎng)大；以磨損失效為主的和受力較大的模具，淬火加熱溫度應(yīng)低一些；對(duì)要求熱硬性和耐蝕性好的模具，淬火加熱溫度要選擇高一些。由于鋼結(jié)硬質(zhì)合金的熱導(dǎo)性較差，在淬火加熱時(shí)一般采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火，通過(guò)不同加熱溫度的回火處理可得到不同的回火組織，消除模具內(nèi)部的淬火應(yīng)力，穩(wěn)定模具尺寸，獲得所需的力學(xué)性能。由于鋼結(jié)硬質(zhì)合金中含有大量的合金碳化物，存在第一類(lèi)回火脆性，所以應(yīng)在加熱時(shí)盡量加以避免。

　　鋼結(jié)硬質(zhì)合金的回火參數(shù)應(yīng)根據(jù)其化學(xué)成分、模具的使用性能要求、模具的具體用途等進(jìn)行確定。

　　一般在磨損和受力較大的模具中，需要高硬度、高耐磨性時(shí)宜選擇低溫回火；在受力和受熱條件下工作的模具應(yīng)進(jìn)行多次的高溫回火，以獲得較好的強(qiáng)韌性和熱硬性；在有沖擊載荷作用的模具中應(yīng)適當(dāng)提高模具的回火溫度，以獲得良好的強(qiáng)度與韌性的配合。

　　常用鋼結(jié)硬質(zhì)合金的淬火?；鼗鸸に嚰坝捕扰铺?hào)淬火加熱溫度淬火后硬度（HRC）回火工藝回火后硬度保溫1.5小時(shí)回火2次2.4表面強(qiáng)化處理鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的典型表面強(qiáng)化處理是滲硼處理，它能更充分地發(fā)揮鋼結(jié)合硬質(zhì)合金的潛力。在模具表面層形成的硼化物，能填充燒結(jié)合金的孔隙，提高合金的致密度，改善模具表面的顯微組織，提高模具表面層的硬度、耐磨性、熱硬性、抗蝕性、抗疲勞性、抗擦傷、抗粘結(jié)和抗咬合的性能，大幅度提高鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。

　　GW50鋼結(jié)硬質(zhì)合金經(jīng)滲硼處理并進(jìn)行正常的淬火與回火，可在模具表面層形成硼化物，滲硼層硬度可達(dá)2000——21⑴HV，基體硬度可達(dá)65——68HRC，所獲得的內(nèi)部顯微組織具有極佳的強(qiáng)韌性和較高的綜合力學(xué)性能，使用壽命可提高2——3倍；GW30鋼結(jié)硬質(zhì)合金經(jīng)滲硼處理后，硬度可達(dá)1230硼化物分布均勻，且易于獲得指狀晶。

　　須要注意的是：滲硼處理后工件的尺寸略有增大，一般規(guī)律是柱形件漲大10——20%i；平面件漲大6——12Mm；軸孔內(nèi)外徑漲大±6%i.因此，對(duì)于要求精度較高的模具，要根據(jù)滲硼工件的漲大規(guī)律，適當(dāng)控制加工尺寸。

　　應(yīng)用實(shí)例的硅鋼片，采用冷作模具鋼Gr12鋼制造時(shí)，模具的使用壽命為2萬(wàn)件；若采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金TLMW50制造，1030°C油冷淬火，180°C回火后使甩模具的使用壽命可達(dá)40余萬(wàn)件，提高壽命20倍以上。

　　94mm鋼球冷鐓模：被加工材料為GC15鉻滾動(dòng)軸承鋼，原采用同種材料GC15制造時(shí)，模具的使用壽命為2萬(wàn)件；若采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金GW50°C油冷淬火，180°C回火后使甩其使用壽命為42萬(wàn)件，提高壽命約21倍。

　　鋼板沖頭模：被加工材料為1mm厚的20鋼薄鋼板，原采用T12A鋼制造，模具的使用壽命為0.5萬(wàn)件；現(xiàn)采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金GT35制造，經(jīng)960C油冷淬火，200C回火后使用，模具的使用壽命在20萬(wàn)件以上，提高壽命40多倍。

　　熱作軸壓彎模：原采用熱作模具鋼3C2W8V鋼制造，模具的使用壽命為0.5萬(wàn)件；現(xiàn)改為鋼結(jié)硬質(zhì)合金B(yǎng)R40制造，其模具使用壽命為2.5萬(wàn)件，提高壽命5倍以上。

　　2mm厚的不銹鋼薄鋼板，原采用冷作模具鋼Gr12鋼制造，其模具使用壽命為1萬(wàn)件；現(xiàn)采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金GW50制造，1025C油冷淬火，200C回火后使甩其模具使用壽命為20萬(wàn)件，提高壽命20倍。