1、退火
包括鍛造后的球化退火和模具制作過程中的去應力退火兩部分。
其主要目的：在原材料階段進行結(jié)晶組織的改良;方便加工而降低硬度;防止加工后變形和淬火裂紋而去除內(nèi)應力。
(1)球化退火。
模具鋼經(jīng)鍛造后，鋼的內(nèi)部組織變成不穩(wěn)定的結(jié)晶，硬度高切削困難，且此種狀態(tài)的鋼，內(nèi)應力大，加工后容易變形和淬裂，機械性能差，為使碳化物結(jié)晶變成球化穩(wěn)定組織須進行球化退火。
(2)去應力退火。
對有殘留應力的模具鋼進行機械加工，加工后會產(chǎn)生變形，如果機械加工后仍留有應力，則在淬火時會發(fā)生很大的變形或淬火裂紋。為防止這些問題發(fā)生，必須進行去應力退火。
模具制作過程中一般進行三次去應力退火：
(1)在切削掉原材料體積的1/3以上形狀或?qū)υ牧虾穸?/2深度加工時，加工余量留有5～10mm，進行第一次去應力退火。
(2)在精加工留有余量(2～5mm)時，進行第二次去應力退火。
(3)在試模后，淬火前進行第三次去應力退火。
2、淬火
設備為高壓高流率真空氣淬爐。
(1)淬火前：采用熱平衡法，提高模具加熱和冷卻的整體一致性。對凡是影響到這一點的薄壁孔、溝槽、型腔等，都要進行填充、封堵，盡量做到模具能均衡加熱和冷卻;同時，注意裝爐方式，防止壓鑄模在高溫時因自重而引起的變形。
(2)模具的加熱：在加熱過程中要緩慢加熱(用200℃/h升溫)，并采用兩級預熱方式，防止快速升溫造成模具內(nèi)、外溫差過大，引起過大的熱應力，同時減小相變應力。
(3)淬火溫度與保溫時間：要采用下限淬火加熱溫度，均熱時間不宜過短或過長，一般由壁厚和硬度來確定均熱時間。
(4)淬火冷卻：采用預冷方式，并通過調(diào)節(jié)氣壓與風速，有效的控制冷卻速度，使之最大限度地實現(xiàn)理想冷卻。即：預冷到850℃后，增大冷卻速度，快速通過“C”曲線鼻部，模溫在500℃以下則逐漸降低冷卻速度，到Ms點以下則采用近似等溫轉(zhuǎn)變的冷卻方式，以最大限度地減少淬火變形。模具冷卻到約150℃時，關(guān)閉冷卻風機，讓模具自然冷卻。
3、回火
淬火的模具冷卻到約100℃時，就要立即進行回火，以防止繼續(xù)產(chǎn)生變形，甚至開裂。回火溫度由工作硬度來確定，一般要進行三次回火。
4、氮化處理
一般壓鑄模經(jīng)淬火、回火(45～47HRC)后就能使用，但為了提高模具的耐磨性、抗蝕性和抗氧化性，防止粘模，延長模具的壽命，必須進行氮化處理。氮化層深度一般為0.15～0.2mm。氮化后需要打光，磨去白亮層(厚約0.01mm左右)。
5、幾點說明
(1)模具的熱處理變形是由于相變應力、熱應力的共同作用引起的，受多種因素影響。因此，在正確選材的前提下，還要注意毛坯的鍛造，要采用六面鍛造的方法，反復鐓拔。同時，在模具的設計階段就必須注意，使壁厚盡量均勻(壁厚不均勻時要開工藝孔);對形狀復雜的 模具，要采用鑲拼結(jié)構(gòu)，而不采用整體結(jié)構(gòu);對有薄壁、尖角的模具，要采用圓角過渡和增大圓角半徑。
在熱處理時要作好數(shù)據(jù)記錄，長、寬、厚各方向上的變形量，熱處理條件(裝爐方式、加熱溫度、冷卻速度、硬度等)，為日后模具的熱處理積累經(jīng)驗。
(2)壓鑄模的加工一般有兩種工藝流程，都是根據(jù)實際情況確定的。
第一種：一般壓鑄模。
鍛打→球化退火→粗加工→第一次去應力退火(留有余量5～10mm)→粗加工→第二次去應力退火(留有余量2～5mm)→精加工→第三次去應力退火(試模后、淬火前)→淬火→回火→鉗修→氮化。
第二種：特別復雜的及淬火很易變形的模具。
鍛打→球化退火→粗加工→第一次去應力退火(留有余量5～10mm)→淬火→回火→機、電加工→第二次去應力退火(留有余量2～5mm)→機、電加工→第三次去應力退火(試模后)→鉗修→氮化。
材料自身存在的缺陷、維修和保養(yǎng)的方法都是會影響壓鑄模的壽命的。本文從后者來介紹如果提高壓鑄模的壽命，并列舉了壓鑄模常見的故障原因及排除方法。
壓鑄模由于生產(chǎn)周期長、投資大、制造精度高，故造價較高，因此希望模具有較高的使用壽命。但由于材料、機械加工等一系列內(nèi)外因素的影響，導致模具過早失效而報廢，造成極大的浪費。
壓鑄模失效形式主要有：尖角、拐角處開裂、劈裂、熱裂紋(龜裂)、磨損、沖蝕等。造成壓鑄模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、維修以及熱處理的問題。
1、材料自身存在的缺陷
眾所周知，壓鑄模的使用條件極為惡劣。以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點為580-740℃，使用時，鋁液溫度控制在650-720℃。在不對模具預熱的情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升至液溫，型腔表面承受極大的拉力。開模頂件時，型腔表面承受極大的壓應力。數(shù)千次的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。
由此可知，壓鑄使用條件屬急熱急冷。模具材料應選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。H13(4Cr5MoV1Si)是目前應用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國外80%的型腔均采用H13，現(xiàn)在國內(nèi)仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_藝性能不好，導熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應力，導致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。馬氏體時效鋼適用于耐熱裂而對耐磨性和耐蝕性要求不高的模具。鎢鉬等耐熱合金僅限于熱裂和腐蝕較嚴重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優(yōu)點是有良好的導熱性，對需要冷卻而又不能設置水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應性。因此，在合理的熱處理與生產(chǎn)管理下，H13仍具有滿意的使用性能。
制造壓鑄模的材料，無論從哪一方面都應符合設計要求，保證壓鑄模在其正常的使用條件下達到設計使用壽命。因此，在投入生產(chǎn)之前，應對材料進行一系列檢查，以防帶缺陷材料造成模具早期報廢和加工費用的浪費。常用檢查手段有宏觀腐蝕檢查、金相檢查、超聲波檢查。
(1) 宏觀腐蝕檢查。主要檢查材料的多孔性、偏柝、龜裂、裂紋、非金屬夾雜以及表面的錘裂、接縫。
(2) 金相檢查。主要檢查材料晶界上碳化物的偏析、分布狀態(tài)、晶料度以及晶粒間夾雜等。
(3) 超聲波檢查。主要檢查材料內(nèi)部的缺陷和大小。
2、壓鑄模的加工、使用、維修和保養(yǎng)
模具設計手冊中已詳細介紹了壓鑄模設計中應注意的問題，但在確定壓射速度時，最大速度應不超過100m/S。速度太高，促使模具腐蝕及型腔和型芯上沉積物增多;但過低易使鑄件產(chǎn)生缺陷。因此對于鎂、鋁、鋅相應的最低壓射速度為27、18、12m/s，鑄鋁的最大壓射速度不應超過53m/s，平均壓射速度為43m/s。
在加工過程中，較厚的模板不能用疊加的方法保證其厚度。因為鋼板厚1倍，彎曲變形量減少85%，疊層只能起疊加作用。厚度與單板相同的2塊板彎曲變形量是單板的4倍。另外在加工冷卻水道時，兩面加工中應特別注意保證同心度。如果頭部拐角，又不相互同心，那么在使用過程中，連接的拐角處就會開裂。冷卻系統(tǒng)的表面應當光滑，最好不留機加工痕跡。
電火花加工在模具型腔加工中應用越來越廣泛，但加工后的型腔表面留有淬硬層。這是由于加工中，模具表面自行滲碳淬火造成的。淬硬層厚度由加工時電流強度和頻率決定，粗加工時較深，精加工時較淺。無論深淺，模具表面均有極大應力。若不清除淬硬層或消除應力，在使用過程中，模具表面就會產(chǎn)生龜裂、點蝕和開裂。消除淬硬層或去應力可用：①用油石或研磨去除淬硬層;②在不降低硬度的情況下，低于回火溫度下去應力，這樣可大幅度降低模腔表面應力。
模具在使用過程中應嚴格控制鑄造工藝流程。在工藝許可范圍內(nèi)，盡量降低鋁液的澆鑄溫度，壓射速度，提高模具預熱溫度。鋁壓鑄模的預熱溫度由100～130℃提高至180～200℃，模具壽命可大幅度提高。
焊接修復是模具修復中一種常用手段。在焊接前，應先掌握所焊模具鋼型號，用機械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必須是干凈和經(jīng)烘干的。所用焊條應同模具鋼成分一致，也必須是干凈和經(jīng)烘干的。模具與焊條一起預熱(H13為450℃)，待表面與心部溫度一致后，在保護氣下焊接修復。在焊接過程中，當溫度低于260℃時，要重新加熱。焊接后，當模具冷卻至手可觸摸，再加熱至475℃，按25mm/h保溫。最后于靜止的空氣中完全冷卻，再進行型腔的修整和精加工。模具焊后進行加熱回火，是焊接修復中重要的一環(huán)，即消除焊接應力以及對焊接時被加熱淬火的焊層下面的薄層進行回火。
模具使用一段時間后，由于壓射速度過高和長時間使用，型腔和型芯上會有沉積物。這些沉積物是由脫模劑、冷卻液的雜質(zhì)和少量壓鑄金屬在高溫高壓下結(jié)合而成。這些沉積物相當硬，并與型芯和型腔表面粘附牢固，很難清除。在清除沉積物時，不能用噴燈加熱清除，這可能導致模具表面局部熱點或脫碳點的產(chǎn)生，從而成為熱裂的發(fā)源地。應采用研磨或機械去除，但不得傷及其它型面，造成尺寸變化。
經(jīng)常保養(yǎng)可以使模具保持良好的使用狀態(tài)。新模具在試模后，無論試模合格與否，均應在模具未冷卻至室溫的情況下，進行去應力回火。當新模具使用到設計壽命的1/6～1/8時，即鋁壓鑄模10000模次，鎂、鋅壓鑄模5000模次，銅壓鑄模800模次，應對模具型腔及模架進行450—480℃回火，并對型腔拋光和氮化，以消除內(nèi)應力和型腔表面的輕微裂紋。以后每12000～15000模次進行同樣保養(yǎng)。當模具使用50000模次后，可每25000～30000模次進行一次保養(yǎng)。采用上述方法，可明顯減緩由于熱應力導致龜裂的產(chǎn)生速度和時間。
在沖蝕和龜裂較嚴重的情況下，可對模具表面進行滲氮處理，以提高模具表面的硬度和耐磨性。但滲氮基體的硬度應在35-43HRC，低于35HRC時氮化層不能牢固與基體結(jié)合，使用一段時間后會大片脫落：高于43HRC，則易引起型腔表面凸起部位的斷裂。滲氮時，滲氮層厚度不應超過0.15mm，過厚會于分型面和尖銳邊角處發(fā)生脫落。
3、熱處理
熱處理的正確與否直接關(guān)系到模具使用壽命。由于熱處理過程及工藝規(guī)程不正確，引起模具變形、開裂而報廢以及熱處理的殘余應力導致模具在使用中失效的約占模具失效比重的一半左右。
壓鑄模型腔均由優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，這些材料價格較高，再加上加工費用，成本是較高的。如果由于熱處理不當或熱處理質(zhì)量不高，導致報廢或壽命達不到設計要求，經(jīng)濟損失世大。因此，在熱處理時應注意以下幾點：
(1) 鍛件在未冷至室溫時，進行球化退火。
(2) 粗加工后、精加工前，增設調(diào)質(zhì)處理。為防止硬度過高，造成加工困難，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去應力回火。
(3) 淬火時注意鋼的臨界點Ac1和AC3及保溫時間，防止奧氏體粗化。回火時按20mm/h保溫，回火次數(shù)一般為3次，在有滲氮時，可省略第3次回火。
(4) 熱處理時應注意型腔表面的脫碳與增碳。脫碳會記過迅速引起損傷、高密度裂紋;增碳會降低冷熱疲勞抗力。
(5) 氮化時，應注意氮化表面不應有油污。經(jīng)清洗的表面，不允許用手直接觸摸，應戴手套，以防止氮化表面沾有油污導致氮化層不勻。
(6) 兩道熱處理工序之間，當上一道溫度降至手可觸摸，即進行下道，不可冷至室溫。
