一、引言

压铸模作为现代制造业中金属成型工艺的核心装备，其服役环境要求模具材料具备优异的高温强度、抗热疲劳性和耐磨性。热处理工艺是提升压铸模服役性能的关键技术环节，通过合理的热处理工艺设计可使H13等模具钢获得理想的金相组织与力学性能‌。本课程设计以典型压铸模用H13钢为研究对象，系统探讨其热处理工艺参数的优化路径。

二、课程设计目标

1. ‌知识体系构建‌
   掌握压铸模热处理工艺的基本原理，包括相变规律、合金元素作用机理等，重点理解二次硬化现象对模具性能的影响‌12。

2. ‌工艺流程设计能力‌
   完成包含预处理、淬火、回火等工序的完整工艺路线设计，要求能根据模具服役条件选择合理的温度参数与冷却介质‌12。

3. ‌性能检测与分析‌
   通过硬度测试、冲击试验等手段验证热处理效果，建立工艺参数与材料力学性能的对应关系‌26。

三、热处理工艺设计内容

（一）预处理工艺

1. ‌球化退火‌
   对锻造后的H13钢坯料进行790-810℃×4h的球化退火处理，使碳化物呈弥散分布，硬度控制在18-22HRC区间，为后续加工创造良好切削性能‌12。

2. ‌稳定化处理‌
   粗加工后实施650-680℃×3h的去应力退火，消除机械加工产生的残余应力，防止淬火变形‌。

（二）淬火工艺优化

采用分级加热方式：

• 第一阶段：500℃预热，减少热应力
• 第二阶段：850℃二次预热，平衡组织
• 最终加热：1100℃×0.5h油冷淬火，确保奥氏体充分均匀化‌。

（三）回火工艺设计

实施两次回火处理：

• 第一次回火：580℃×2h空冷，消除淬火应力
• 第二次回火：600℃×2h空冷，促进二次硬化效应
  经此处理后的试样硬度可达48-50HRC，冲击韧性提升20%以上‌。

四、关键工艺参数分析

（一）淬火温度的影响

实验数据表明（表1），当淬火温度从1020℃升至1100℃时，材料晶粒度由7级细化至10级，高温强度提升约15%，但需严格控制保温时间防止晶粒过度长大‌2。

（二）回火曲线的选择

采用双回火工艺可有效平衡强韧性：首次回火促使残余奥氏体分解，二次回火诱导M2C型碳化物析出，实现硬度与韧性的最佳匹配‌26。

五、质量检测体系

1. ‌硬度检测‌
   使用洛氏硬度计在模具型腔、模芯等关键部位取5个测试点，要求硬度波动范围≤2HRC‌2。

2. ‌金相分析‌
   通过扫描电镜观察碳化物分布状态，确保碳化物尺寸≤2μm且均匀分布，避免应力集中引发裂纹‌12。

3. ‌尺寸稳定性测试‌
   采用三坐标测量仪检测热处理前后模具尺寸变化，允许公差范围控制在±0.02mm以内‌6。

六、课程设计实践案例

以某型号铝合金压铸模为例，模具材料选用H13钢，经上述热处理工艺处理后：

• 表面硬度达到49HRC，芯部硬度梯度差≤3HRC
• 热疲劳试验显示裂纹萌生周期延长至2.5万次
• 实际生产中使用寿命较常规工艺提升40%‌26

七、结论

本课程设计通过系统化的热处理工艺训练，使学生掌握压铸模材料的热处理特性与工艺设计方法。研究证实：采用1100℃淬火配合600℃二次回火的工艺方案，可使H13钢获得最佳的强韧性组合，为压铸模的工程应用提供可靠的理论依据与实践指导‌。后续研究可进一步探索真空热处理、表面改性等先进工艺对模具性能的改善作用。

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