节能锻热淬火提高模具寿命.pdf

紧固件技术 2 0 0 7年第3期 译文 工模具与热处理 可成形复杂的特形要素 且模具上 的径向拉力负荷最小 三 结论 1 按图 1 a 所示工艺图成形减面率大 的杆件的上述工艺 可用来设计在多工 位 冷 镦 自动 机 上 的工 步 以用 来 按 工模具与热处理 r O C T 7 7 8 6 7 8 0 2 1 7 6 7 3 制造零件 以及 按特殊图样制造半圆头 埋头或半埋头 和多边形螺栓颈的其它零件 2 按图 1 b 所示工艺图 可以设计阶 梯件的制造工步 且台阶顶上的圆弧小 于 0 3 mm 摘要 锻热淬火是形变钢在再结晶相变前 进行的形变热处理 可与 自由锻 热模锻 旋 压 热挤压等各种锻造 方法相结合 与锻后缓 冷 常规淬火 比 该 方法在提 高强度 硬 度的同 时 增加塑性 韧性和降低 回火脆性 缺 口敏感 性等 高温形变锻热淬火是一种行之有效的提 高模具寿命的节能强韧化新工艺 上 1一 一 日 舌 锻热淬火利用模具钢坯料高温形变 连载一 南 昌王荣滨 一 2 8一 锻后余热仍高于该钢 A e 3 或 A e m 临界 点温度以上迅速冷却获得淬火组织的方 法 实质是高温形变强化与相变强化及 热处理强化相结合的新技术 高温形变 锻热淬火调质预处理与锻后缓冷再加热 球化退火相比 在最终热处理工艺相同 条件下 实验表明 前者可分别提高 5 l O b O l 5 1 5 2 O 维普资讯 紧固件技术 一 2 0 0 7 年第 3 期 工模具与热处理 1 5 2 5 K m和 1 2 H R C等物理力学 性能 可节电 2 0 2 5 降低成本 1 0 1 5 应用于模具制造具有显著技术经 济效益 二 高温形变锻热淬火强化机理 1 提高模具钢的淬透性与淬硬性 试 验表明 高温形变锻热淬火能提高淬透 性 5 1 0 和硬度提高 1 2 H R C 奥氏 体化温度愈高 淬透性提高愈多 因在高 温下能充分溶解已被击碎的碳化物和合 金元素 奥氏体均匀化充分 增加奥氏体 稳定性 使该钢的 C 曲线右移 故提 高了淬透性 与普通淬火钢比降低 了锻 热淬火钢的临界冷却速度 可选用较缓 和淬火剂达到完全淬火 目的 高温形变 可获得模具所需要的稳定的锻造纤维组 织 经最终淬火仍可保 留 增加 模 具刚 性和抗击打能力 有较高的回火稳定性 热强性 耐磨性和冷切削加工性能 2 增加钢的位错密度和亚结构细化 研究表明 高温形变锻热淬火钢 与锻 后 缓冷球化退火钢比 前者具有高密度位 错 排列有序 高密度位错淬火马 氏体 一 2 9 高温回火时在位错密度大的区域析出高 度弥散分布 粒度极细的碳化物质点 与 高密度位错相互作用 密度愈高 强韧性 愈高 充分发挥模具钢强韧化效果 高温 形变 经过激烈的金属塑性流动 碳化物 碎化 奥氏体晶粒细化 晶界和晶格严重 扭 曲形成锯齿状 阻碍滑移 增强晶粒和 晶界之间结合力 阻止裂纹萌生与扩展 和促使结晶数目急剧增加 阻碍马氏体 晶核长大 从而细化马氏体 研究表明 高温形变奥氏体高密度位错能为最终淬 火马氏体所继承 因此 能有效提高破断 抗力 室温与高温强度 冲击韧性及抗断 裂韧性值等 三 模具钢高温形变锻热淬火强韧 化应用 1 碳工钢与低合金钢冷作模具锻热 淬火 碳工钢主要牌号有 1 7 A T 8 A T 9 A T 1 0 A等 低合金模具钢主要有 9 C r S i 9 C r 2 M o C r WMn 等 上述两种钢应用于 小型冷作模具 该类钢具有材料来源广 价廉 冷热加工性能良好 有一定的淬透 维普资讯 紧固件技术 2 0 0 7 年第3 期 工模具与热处理 性 淬硬性 耐磨性和一定的强韧性 但 该类钢存在脆性较大和韧性不足等问 题 有的厂家未经锻造直接用原材料轧 制圆钢制造冷冲头 用轧制板材制造凹 模 虽经球化退火 但碳化物偏析和组织 性能未得到根本改善 不均匀碳化物是 脆性相保留在使用状态 中易应力集 中 导致崩刃和脆性断裂等早中期失效 或 轧制原材料虽经锻造后缓冷 再经球化 等温退火 但生产周期长 能耗大 且较 难得到在珠光体基体中弥散 均匀 细小 分布的球状碳化物 碳化物形貌严重影 响组织性能和模具使用寿命 高温形变 锻热淬火加温回火可得到在珠光体基体 赠 弥散 均匀 细小分布的球状碳化物 解 决了长期存在的难题 因高温形变加热 时碳化物和合金 索充分溶解于高温奥氏 体中 奥氏体充分合金化 均匀化 再进 行锻压形变 晶界和晶格严重扭 曲畸变 接着淬火 形变强化效果被继承 获得高 密度位错和显著细化 的过饱和淬火马氏 体 在随后高温回火冷却过程中析出细 小碳化物 与锻后碳化物 比 析出碳化物 更细 更均匀 更弥散 试验表明 碳化物 可细化至 0 3 0 5 m 碳化物形貌 显著 改善 组织性能大大提升 锻热淬火调质预处理与锻后缓冷球 化退火比 在最终处理工艺相 同条件下 图 1碳工钢锻热淬火调质预处理工艺 一 3 0 维普资讯 紧固件技术 2 0 0 7年第3期 工模具与热处理 s 赠 图 2 9 S iC r 钢锻热淬火调质预处理工艺 前者冷作模具寿命可提高 O 5 1 0 倍 碳工钢与低合金模具钢高温形变锻 热淬火调质预处理工艺见图 1 图 2 2 3 C r 2 W8 V钢热作模具 高温形变 锻热淬火 3 C r 2 W8 V钢属 钨系 高强 热作 模具 钢 列入国家 G B 1 2 9 9标准 是我国最常 用的三大钢种之一 截面 8 0 m m模块能 淬透 淬硬 该 钢化学成分与 淬火态 W1 8 C r 4 V1 高速钢基体成分接近 又称为 基体钢 该钢含碳量低 仅 0 3 0 0 4 0 C 但含有大量 w元素和 c r V元素 促使 F e C平衡图中的共析点左移 共析点的 碳含量降至 0 3 C 因此成为过共析钢 一 3l一 含有大量的合金碳化物 具有二次硬化 效应 在高温下有较高强度 硬度和热稳 定性 有很高的抗 回火软化能力和热强 性 在 6 5 0 C 7 0 0 C 仍 可保持硬度 3 2 H R C 选用 3 C r 2 W8 V电渣钢其室温和 高温韧性及抗急冷急热疲劳强度有明显 改善 适宜制造服役温度较高 冲击载荷 不大和冷却较缓和的中小机锻模 铝铜 压铸模 挤压模等 热作模具一般尺寸较大 未改锻原 材料轧制圆钢或轧制板材 碳化物级别 达到 4 5 级 心部 5 6 级 碳化物呈带 状 网状 块状 大颗粒状或 堆 集 状 分 布 于钢基体 常规热处理无法消除 保留在 维普资讯 紧固件技术 2 0 0 7 年第3期 工模具与热处理 使用状态中 对基体组织产生切割作用 破坏了基体组织连续性 易应力集中 成 为裂纹源 使用时引起崩裂 龟裂和磨损 等早中期失效 对该钢轧制原材料进行高温形变锻 造能击碎上述脆性不 良碳化物 使之 3 级 呈细小匀布于钢基体 从而达到使用 要求 锻压成形后改变锻造方向 获得刚 性好 抗击打能力强所需的锻造纤维组 织 接着乘 9 O O 的高温余热进行室温 油淬火 并及时进行高温回火 即锻热调 质预处理 见图 3 代替锻后缓冷再加热 球化退火 简化工序 节 电节时 锻热淬 火得到强韧性高的板条马氏体 因板条 圭 兰 i 赠 相互平行 不会相互撞碰产生应力形成 显微裂纹 因此可以重复多次淬火 在高 温回火冷却过程中碳化物高度弥散析 出 析出碳化物比锻造缓冷球化退火碳 化物更细小 更均匀 更弥散 力学性能 更佳 强韧性更好 变脆性相碳化物为强 化相碳化物 得到具有板条马 氏体方 向 的回火索 氏体