模具在热处理过程中如果保护不当，表面常常会氧化、脱碳，使模具淬火后的硬度、耐磨性和疲劳强度降低，并严重影响模具的使用寿命。氧化使模具表面金属烧损，形成氧化皮，不仅使模具的表面质量降低，还会影响模具冷却时的均匀性，从而造成模具淬火后硬度不均匀，甚至报废。脱碳使模具表面贫碳，会造成模具淬火后硬度不足或出现软点，不仅降低其抗压性、耐磨性和抗咬合性，还会促成其表面形成拉应力状态而恶化强韧性，降低模具的使用寿命。严重的脱碳甚至会形成表面全脱碳的铁素体，导致模具报废。脱碳层的存在往往是模具产生淬火裂纹的原因之一，因此需要对脱碳层深度进行测定。脱碳层深度按照GB/T 224—2008《钢的脱碳层深度测定法》中规定的方法测定。

1.产生原因

1）钢材表面有脱碳层。毛坯锻造时在氧化气氛中加热，致使表面氧化脱碳。钢材球化退火常在箱式炉中进行，如无保护措施，由于加热时间较长，会使得钢材表面氧化脱碳严重。模具最终热处理时，也产生一定程度的氧化脱碳。

2）模具在盐浴炉中加热时，盐浴老化或未能很好地进行脱氧处理，都会使模具表面氧化脱碳。这是因为盐浴用盐加入浴槽前含有结晶水，或由于长期在仓库中放置从空气中吸收了水分，加热化成熔盐后会发生化学反应。同时，盐浴表面与空气接触，空气中的氧溶入盐浴，也会与熔盐作用生成氧化物。

3）模具的工夹具向盐浴中带进的铁锈会发生化学反应（2Fe₂O₃→4FeO+O₂↑），释放的氧会使模具表面脱碳。

4）有些盐浴用盐中含有少量杂质，如Na₂CO₃、BaCO₃及Na₂SO₄等，带入熔盐中发生化学反应，生成BaO、Na₂O，导致模具表面脱碳。

5）加热温度过高，保温时间过长。

6）淬火冷却介质中含有氧和杂质（如硫酸盐和硝酸盐等）。

2.对策

1）检查钢材表面脱碳层。模具毛坯锻造后要加工去除脱碳层。模具热处理用电炉加热时，要采用保护气氛（如氮气、甲醇裂解气氛、RX气体等）或保护措施（如涂覆保护涂料、或将模具装入带有保护剂的箱中，装箱时要检查箱体和箱盖的密封性，不应漏气，铸铁屑要经600℃烘干），最好采用真空加热薄箔打包法。

2）盐浴应充分脱氧，严格控制盐浴中的氧化物含量[BaO（或Na₂O）含量应不大于0.2%（质量分数），FeO含量应不大于0.3%（质量分数）]，并定期清除炉渣，以免盐浴中氧化物增长过快。高温盐浴（BaCl₂）脱氧时需将炉温升至1290～1310℃，夏季和冬季应分别每隔2～3h和4h脱氧一次，再每8h捞渣一次。中温盐浴[70%（质量分数）BaCl₂+30%（质量分数）NaCl]脱氧温度为900℃，每天脱氧、捞渣各一次。

3）所用工夹具用喷砂处理清除铁锈，并清洗干净后作干燥处理。

4）盐浴加热时，用盐的质量必须符合标准的要求，并经300～500℃×2～4h的烘干脱水处理。

5）严格执行工艺规范，防止在加热过程中超过工艺温度及保温时间。

6）对淬火冷却介质中的杂质含量严格控制，并经常进行检测及去除。

7）对已经脱碳的淬火模具采用复碳（即补碳）的方法加以补救。

实例1合理选用热锻模的防氧化脱碳涂料。重量为300～7000kg的大型热锻模，采用硼酸-硅胶保护涂料，在高温（860～900℃）加热时有良好的保护作用，并能够获得光洁的银灰色金属表面。(www.daowen.com)

（1）涂料的组成 配方1：90%～95%（质量分数）工业硼酸+5%～6%（质量分数）硅胶+羟甲基纤维素（酌量）+水，在搅拌下加热至沸腾，呈糨糊状后备用。配方2：90%～95%（质量分数）工业硼酸+酒精。

（2）涂覆工艺 涂覆前应清除干净模具表面的锈斑及污物，然后用毛板刷将配好的涂料涂覆于需保护的模具表面。采用配方1作为保护涂料时，需在涂料配制好后趁热将其刷涂在预热至80～100℃的模具表面。采用配方2作为保护涂料时，刷涂需在常温下进行，对于涂覆不均匀的地方，可将粉状硼酸用手均匀地撒在模具表面，以使整个涂层均匀，厚度为1mm左右。零件经涂刷后即可装炉加热。对热处理后未脱落的涂层，应磨光或抛光，或在含有质量分数为15%～20%NaNO₂的水溶液（温度70～80℃）中浸泡1～1.5h，用铁刷清除。

（3）涂料涂刷效果 涂料在900℃以下时，无论停留多长时间，均能够起到良好的保护作用（见表4-3）。加热温度超过900℃后，由于硼酸生成的无机抗氧化性涂层被烧损，失去了氧化性气氛与模具表面间的隔绝作用，故而会使模具表面产生氧化。

表4-3 模具涂料涂刷保护的效果

图4-1 模具装箱法简图

1—生铁屑或木炭 2—不锈钢盖 3—不锈钢箱子

实例2模具的装箱保护加热法。耐热箱用不锈钢按图4-1所示的结构制成。首先在耐热箱（可用经过渗铝处理的不锈钢制作）底部放上防脱碳剂（如生铁屑或木炭），然后把模具装入其中，盖好不锈钢盖子，再连同箱子一起加热。箱中产生的CO可以防止模具氧化脱碳。装箱时应注意以下问题：

1）生铁屑要预先在600℃加热除去水分和粉尘。

2）木炭要尽可能选用硬质木炭，并先将其破碎成豆粒大小，再筛除粉末。注意在使用前要晒干或烘干。

3）对9CrWMn和Cr12MoV这类高碳工具钢，可使用木炭或生铁屑。对于中碳工具钢，为了防止渗碳，只能使用生铁屑而不能使用木炭。

4）模具的凹孔处最好用报纸包装封口，以防止保护剂进入。

5）箱内产生的CO很轻，容易从箱盖细缝处逸出，因此应采用图4-1b所示的结构形式，并在模具四周放上30mm左右厚的生铁屑。

6）油淬钢种（如合金工具钢CrWMn、9CrWMn）模具从箱中取出淬火时要迅速，空冷钢（Cr12、3Cr2W8V、Cr12MoV、Cr6WV等）则以慢冷为好。合金工具钢制模具有时可以不加防护剂，只需把箱子做成和模具一样大小，再将模具装入箱子一起加热和冷却，也可以得到满意的防氧化脱碳效果。

碳素工具钢、低合金工具钢和高合金工具钢模具采用装箱保护加热时，其加热系数分别取1.2～1.5min/mm、1.5～1.8min/mm和1.5～2min/mm。若采用图4-1a所示的结构装箱加热，则加热系数以取下限为好。