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【摘 要】基于T10A材料的冲裁模具在现代工业领域的应用范围相当广，但冲模失效的现象却普遍存在，其极大地制约着模具制作质量的提高。冲模失效的影响因素往往与冲裁模的制作环境、冲裁模的制作材料、毛坯的制作质量和冲裁模的热处理工艺间存在着某种关联。本文就T10A碳素工具钢的热处理工艺技术展开讨论。
【关键词】T10A；热处理工艺；冲裁模；碳素工具钢
基于T10A碳素工具钢的冲裁模具在现代机械工业领域的应用非常广，而机械工业的生产效率很大程度上直接取决于冲裁模具的制作质量。冲模失效是冲裁模具制作的最大阻碍，基于其成因的分析可知，锻造方法的合理性和热处理工艺的改进具有现实意义，即实现冲裁模具使用性能的提高和使用寿命的延长。本文结合具体案例，就T10A碳素工具钢的热处理工艺展开讨论。
1.冲裁模工作条件和性能要求
冲裁模是完成冲压生产的必要装备，即冲压生产工艺方案的落实离不开模具结构的支持。冲裁模的制作质量和制作精度直接影响着冲压零件的质量和精度，而冲压生产效率和冲裁模使用性能和寿命直接取决于冲裁模结构的先进性和合理性。源于冲裁模尺寸、形状、精度和生产条件的差异，冲裁模结构和类型也不尽相同。
1.1工作条件
冲裁模多用作板材的落料和板材的冲孔。源于凹凸模具的刃口即为模具的工作部位，其必然会承受模具工作阶段产生的剪切力、冲击力、弯曲力和摩擦力。
1.2性能要求
源于冲裁模具的工作条件，即在冲裁阶段，冲裁模具承受着弯曲应力和摩擦力，冲裁模具必须具备足够高的抗弯曲强度、抗压强度、韧性、耐磨性和硬度（见表一），且其还应该具备较小的热处理变形量和低廉的造价。需注意，冲裁模具的制作板材决定了冲裁模具的性能指标。就板材厚度而言，冷冲裁模具包括板厚大于1.5mm的厚板冲裁模和板厚≤1.5mm的薄板冲裁模，其中薄板冲裁模要求板材的耐磨性要高；厚板冲裁模要求板材的抗弯曲强度、耐磨性和强韧性要高，以防冲裁模具断裂。
表一 不同冲裁模具的硬度要求
基于冲裁模工作条件和性能要求，某电力设备企业应用了基于T10A碳素工具钢的冲裁模具。T10A碳素工具钢具有强耐磨性、高强度、切削加工和锻造加工简单、造价低廉等优点。源于碳素工具钢的高含碳量、低塑性，务必要严格控制碳素工具钢的纯度，以确保切实消除淬裂现象的出现，而P/S的含量应被控制在0.02%或0.03%内。
2.毛坯制作要求
一般而言，冲裁模应经锻造制成毛坯。碳素工具钢良好的锻造性能，务必要严格控制锻造阶段存在的表面脱碳现象，且注意尽可能缩短加热时间和锻压比（>4）。待碳素工具钢锻造结束，在进行空气冷却处理，需注意初锻温度为1200℃；终锻温度为800℃。
3.热处理工艺分析
T10A碳素工具钢热处理的主要工艺流程为：预先热处理→淬火→回火。本文就以上三个方面展开讨论。
3.1预先预处理工艺
待T10A碳素工具钢锻造完毕，为了方便后序加工和最终热处理，务必要采取措施，使锻件应力被消除和组织被改善，以确保锻件具备适宜的组织和强度。基于此，就毛坯状态中的锻件做预先预处理具有现实意义。一般而言，球化退火法（见表二）可使T10A碳素工具钢的渗碳体以球状形式均匀分布开来。如果锻件在晶界方向产生网状碳化物，则有必要先做正火处理再做球化退火处理。实践证实，球化退火法可获取铁素体机体中的粒状碳化物组织。
表二 某企业球化退火工艺参数
3.2淬火工艺
源于T10A的低淬透性，其有必要事先做冷水冷却处理，但易引起冲裁模具淬裂或变形。此外，源于碳素工具钢的热敏感性，晶粒的体积会随之变大，而碳素工具钢的淬火温度多波动于奥氏体与碳化物的共存区间，原因在于碳化物可通过阻止奥氏体的增长把碳素工具钢的晶粒控制到要求范围内，进而确保碳素工具钢的韧性及冲裁模具的耐磨性。一般而言，淬火加热温度应保持在最低温度，即760-780℃，以防模具出现淬火开裂现象，且注意T10A碳素工具钢冷却的基础应为淬火法。
模具材质和加热时间的确定取决于工件的尺寸，即不同的工件大小对应不同的升温时间，不同的模具材质对应不同的保温时间和加热时间，且注意模具的组织性能取决于加热时间的控制。一般而言，碳化物溶解的保温时间应控制在15min-25min内，以确保T10A冷作模具基体奥氏体化。
3.3回火工艺
冲裁模具的回火处理应安排在淬火加工工艺完毕之后，且注意衔接时间的控制，回火温度的确定基础应为冲裁模具的硬度要求，以确保冲裁模具成品能够满足韧性、强度和硬度的要求。就T10A碳素工具钢而言，不同的回火温度对应不同的强度要求（见表三）：
表三 T10A碳素工具钢在不同回火温度下的硬度
需注意，回火温度在200℃-300℃间时，任何冷作模具钢均会出现回火脆性现象，进而引起模具韧性下降，则高韧性的T10A碳素工具钢模具要求尽可能规避上述回火温度。
4.结束语
综上所述，T10A碳素工具钢凭借着自身所具备的造价成本低廉、使用性能优等优点而被广泛应用于各小批量机械生产领域。但在冲裁模具的制作阶段，务必要基于性能要求和工作条件选择最佳的锻造方法和热处理工艺，以确保模具使用性能的提（下转第118页）（上接第21页）高和使用寿命的延长。
【参考文献】
[1]谈淑咏，蒋穹.氯化钙水溶液淬火介质在碳素工具钢热处理中的应用[J].机械工程材料，2008，32（3）：72-74.
[2]徐桃.多次冲击碰撞载荷下T10钢的累积宏观塑性变形及其机理分析[D].苏州大学，2011.
[3]左传付，李聚群，杨晓红等.循环超细化热处理提高精冲模具寿命的研究[J].金属热处理，2008，33（4）：47-49.
[4]蔺亚琳，李志翔，郭红斌等.磨削加工缺陷产生原因及预防措施[J].工具技术，2010，44（5）：117-118.
【关键词】T10A；热处理工艺；冲裁模；碳素工具钢
基于T10A碳素工具钢的冲裁模具在现代机械工业领域的应用非常广，而机械工业的生产效率很大程度上直接取决于冲裁模具的制作质量。冲模失效是冲裁模具制作的最大阻碍，基于其成因的分析可知，锻造方法的合理性和热处理工艺的改进具有现实意义，即实现冲裁模具使用性能的提高和使用寿命的延长。本文结合具体案例，就T10A碳素工具钢的热处理工艺展开讨论。
1.冲裁模工作条件和性能要求
冲裁模是完成冲压生产的必要装备，即冲压生产工艺方案的落实离不开模具结构的支持。冲裁模的制作质量和制作精度直接影响着冲压零件的质量和精度，而冲压生产效率和冲裁模使用性能和寿命直接取决于冲裁模结构的先进性和合理性。源于冲裁模尺寸、形状、精度和生产条件的差异，冲裁模结构和类型也不尽相同。
1.1工作条件
冲裁模多用作板材的落料和板材的冲孔。源于凹凸模具的刃口即为模具的工作部位，其必然会承受模具工作阶段产生的剪切力、冲击力、弯曲力和摩擦力。
1.2性能要求
源于冲裁模具的工作条件，即在冲裁阶段，冲裁模具承受着弯曲应力和摩擦力，冲裁模具必须具备足够高的抗弯曲强度、抗压强度、韧性、耐磨性和硬度（见表一），且其还应该具备较小的热处理变形量和低廉的造价。需注意，冲裁模具的制作板材决定了冲裁模具的性能指标。就板材厚度而言，冷冲裁模具包括板厚大于1.5mm的厚板冲裁模和板厚≤1.5mm的薄板冲裁模，其中薄板冲裁模要求板材的耐磨性要高；厚板冲裁模要求板材的抗弯曲强度、耐磨性和强韧性要高，以防冲裁模具断裂。
表一 不同冲裁模具的硬度要求
基于冲裁模工作条件和性能要求，某电力设备企业应用了基于T10A碳素工具钢的冲裁模具。T10A碳素工具钢具有强耐磨性、高强度、切削加工和锻造加工简单、造价低廉等优点。源于碳素工具钢的高含碳量、低塑性，务必要严格控制碳素工具钢的纯度，以确保切实消除淬裂现象的出现，而P/S的含量应被控制在0.02%或0.03%内。
2.毛坯制作要求
一般而言，冲裁模应经锻造制成毛坯。碳素工具钢良好的锻造性能，务必要严格控制锻造阶段存在的表面脱碳现象，且注意尽可能缩短加热时间和锻压比（>4）。待碳素工具钢锻造结束，在进行空气冷却处理，需注意初锻温度为1200℃；终锻温度为800℃。
3.热处理工艺分析
T10A碳素工具钢热处理的主要工艺流程为：预先热处理→淬火→回火。本文就以上三个方面展开讨论。
3.1预先预处理工艺
待T10A碳素工具钢锻造完毕，为了方便后序加工和最终热处理，务必要采取措施，使锻件应力被消除和组织被改善，以确保锻件具备适宜的组织和强度。基于此，就毛坯状态中的锻件做预先预处理具有现实意义。一般而言，球化退火法（见表二）可使T10A碳素工具钢的渗碳体以球状形式均匀分布开来。如果锻件在晶界方向产生网状碳化物，则有必要先做正火处理再做球化退火处理。实践证实，球化退火法可获取铁素体机体中的粒状碳化物组织。
表二 某企业球化退火工艺参数
3.2淬火工艺
源于T10A的低淬透性，其有必要事先做冷水冷却处理，但易引起冲裁模具淬裂或变形。此外，源于碳素工具钢的热敏感性，晶粒的体积会随之变大，而碳素工具钢的淬火温度多波动于奥氏体与碳化物的共存区间，原因在于碳化物可通过阻止奥氏体的增长把碳素工具钢的晶粒控制到要求范围内，进而确保碳素工具钢的韧性及冲裁模具的耐磨性。一般而言，淬火加热温度应保持在最低温度，即760-780℃，以防模具出现淬火开裂现象，且注意T10A碳素工具钢冷却的基础应为淬火法。
模具材质和加热时间的确定取决于工件的尺寸，即不同的工件大小对应不同的升温时间，不同的模具材质对应不同的保温时间和加热时间，且注意模具的组织性能取决于加热时间的控制。一般而言，碳化物溶解的保温时间应控制在15min-25min内，以确保T10A冷作模具基体奥氏体化。
3.3回火工艺
冲裁模具的回火处理应安排在淬火加工工艺完毕之后，且注意衔接时间的控制，回火温度的确定基础应为冲裁模具的硬度要求，以确保冲裁模具成品能够满足韧性、强度和硬度的要求。就T10A碳素工具钢而言，不同的回火温度对应不同的强度要求（见表三）：
表三 T10A碳素工具钢在不同回火温度下的硬度
需注意，回火温度在200℃-300℃间时，任何冷作模具钢均会出现回火脆性现象，进而引起模具韧性下降，则高韧性的T10A碳素工具钢模具要求尽可能规避上述回火温度。
4.结束语
综上所述，T10A碳素工具钢凭借着自身所具备的造价成本低廉、使用性能优等优点而被广泛应用于各小批量机械生产领域。但在冲裁模具的制作阶段，务必要基于性能要求和工作条件选择最佳的锻造方法和热处理工艺，以确保模具使用性能的提（下转第118页）（上接第21页）高和使用寿命的延长。
【参考文献】
[1]谈淑咏，蒋穹.氯化钙水溶液淬火介质在碳素工具钢热处理中的应用[J].机械工程材料，2008，32（3）：72-74.
[2]徐桃.多次冲击碰撞载荷下T10钢的累积宏观塑性变形及其机理分析[D].苏州大学，2011.
[3]左传付，李聚群，杨晓红等.循环超细化热处理提高精冲模具寿命的研究[J].金属热处理，2008，33（4）：47-49.
[4]蔺亚琳，李志翔，郭红斌等.磨削加工缺陷产生原因及预防措施[J].工具技术，2010，44（5）：117-118.