D2钢冷冲模具深冷处理工艺研究.doc

D2钢冷冲模具深冷处理工艺研究D2钢冷冲模具深冷处理工艺研究朱繁康张伟文(华南理工大学科技实业总厂)摘要研究了深冷处理对D2钢冷冲模具金相组织,硬度和红硬性,冲击韧性及耐磨性的影响.试验和实践结果表明,深冷处理不仅细化D2冷作模具钢的显微组织,提高其室温硬度和红硬性,而且明显改善冷冲模具钢的冲击韧性,延长冷作模具的使用寿命.关键词冷冲模具D2钢深冷处理使用寿命0前言模具的冲击韧性和耐磨性决定了其生产效率和使用寿命.深冷处理作为一个改善金属材料综合力学性能的有效途径,而且具有成本低,设备简单,不消耗能源以及无污染等优点,正逐步被人们重视.模具材料经深冷处理后可有效地提高其冲击韧性和耐磨性,从而延长其使用寿命,这对于广大热处理工作者,模具制造者和模具使用者是一个好消息.据文献报道,经深冷处理后工模具的平均使用寿命提高了16倍.如果通过深冷处理能使模具使用寿命提高50%,无疑将使社会节约不少的资源,创造可观的经济效益.D2钢被广泛应用于冷冲模具,由其制作的冷冲模具由于碳化物呈网状分布完整,且堆积严重,热处理后进行机械加工时容易发生开裂,使用时刃口容易崩.因此,对D2钢冷冲模具深冷处理工艺进行研究意义重大.1试验方法试验材料采用模具厂家提供的早期失效的D2模具钢板材.化学成分(w%)为:1.5c,11.8Cr,0.9Mo,1.0V.深冷处理以液氮作为冷却介质,升降温速度控制在一定范围内,并在一12o,一16o和一196温度下保温一定时间,对模具和试样进行深冷处理.深冷处理后的模具与常规处理的模具在使用中进行对比,标准试块在洛氏硬度计,冲击试验机和磨损试验机上做硬度,冲击韧性和耐磨性试验.冲击试验采用10mmx10mmx55mmr的u形缺口试样,硬度和磨损试验试样尺寸为10mmx10mmx30mm,磨轮材料为GCrl5,硬度为63HRC,磨轮尺寸为中4omm,转速为200r/min,载荷为4okg,磨损时间为2h,采用万分之一天平测量试样磨损失重量,相对耐磨性取常规淬回火试样与深冷处理试样的失重之比.2试验结果及分析2.1淬火和回火工艺淬火工艺:在650和850二次预热,在1030加热保温15min,油冷;回火工艺:180X60min,有利于消除淬火残留应力.根据深冷处理工艺不同,我们制定7个方案.试验工艺1:未深冷处理+180x180min回火;试验工艺2:深冷处理(冷却到一120,保温60min)+时效处理(加热温度180C,保温180min);试验工艺3:深冷处理(冷却到一120C,保温120min)+时效处理(加热温度18o,保温180min);试验工艺4:深冷处理(冷却到一160,保温60min)+时效处理(加热温度180,保温180min);试验工艺5:深冷处理(冷却到一160C,保温120min)+时效处理(加热温度18o,保温180min);试验工艺6:深冷处理(冷却到一196,保温60min)+时效处理(加热温度180C,保温180min);LJ囵r)(jArJrr曼()一h一试验工艺7:深冷处理(冷却到一196C,保温120min)+时效处理(加热温度180,保温180min).试验结果见表1.表1不同深冷处理工艺试验结果注:每组工艺数据由5个试样平均值计算而得.2.2结果分析2.2.1金相组织变化合金模具钢经过常规热处理后,仍有一定量的残留奥氏体存在,残留奥氏体在使用过程中容易使发生粘着,增加磨损,或者发生组织转变产生应力集中促进磨损.深冷处理能使残留奥氏体继续转变,(a)深冷处理前(b)深冷处理后图1D2钢深冷处理前后金相组织囫M现od代ernA农gric业u!t提高模具耐磨性l5.图1分别是D2钢经工艺1和经工艺5深冷处理后的显微组织.由图看出深冷处理后组织细小,且有较多的均匀细小的碳化物颗粒在马氏体晶界,晶粒内和原奥氏体晶界处弥散析出.常规处理的D2钢组织较粗大,析出碳化物数目较少.2.2.2硬度与红硬性从表1可以看出深冷处理后硬度普遍提高0.51.2HRC.试样深冷处理后具有较高的抗回火稳定性(红硬性).试样经400回火后,其硬度仍可达60HRC65U6O555045300400500600回火温度/图2硬度与回火温度的关系2.2.3冲击韧度短时间深冷处理硬度提高幅度较小,冲击韧度提高幅度也较小.时间较长时,冷处理温度为一160的试样硬度和冲击韧性相对提高最多.经深冷处理后,断口韧窝数量增加,尺寸减少,其断裂方式大多为穿晶准解理,断口韧窝深且均匀,表现出韧性断裂机制.工艺5处理试样的冲击韧度相对未冷处理提高32.7(j),这对提高冷作模具钢这类脆性材料寿命至关重要.2.2.4耐磨性经过深冷处理的试样耐磨性比未深冷处理的试样高.同一处理温度,保温时间长的试样耐磨性比保温时间短的高.基体马氏体组织具有高硬度,有好的耐磨性,更重要的是马氏体组织能支撑碳化物,使碳化物能有效地抵抗磨损,D2钢淬火并经过深冷处理后,在马氏体基体上析出大量超细碳化物,因此耐磨性得以提高.3模具深冷处理使用效果由于淬火并回火后,残留奥氏体延至-75-140范围才发生转变16I,因此模具真空淬火+1次低温回火后,并采用工艺5深冷处理模具材料进行试验.模具材料淬火和第一次回火工艺与常规处理相同.模具热处理后需平面磨上下表面和线切割型腔,基本形状如图3所示.模具厚度为75mm,用于落料,被落料钢片厚度为5mm,所以模具要求有高耐磨性和高的冲击韧性.常规处理的模具主要失效形式为线切割型腔过程中模具开裂和使用过程中崩刃口.常规处理的模具平均使用寿命为冲1.0万1.5万件.用工艺5深冷处理10件模具,没有模具在线切割过程发生开裂.其中有5件模具使用寿命为冲4.0万件以上,最多的为冲4.6万件;3件模具使用寿命为冲3.0万4.0万件,2件为冲2.03.0万件.经过深冷处理模具的失效形式为正常刃口磨损.图3模具基本形状4结论1)深冷处理后,D2钢组织微细化,并且有微细化碳化物弥散析出.2)深冷处理可提高D2钢的硬度,红硬性,冲击韧性和耐磨性.3)D2钢冷冲模具真空淬火+1次低温回火后用一160深冷处理可明显地提高其使用寿命.目参考文献1DonaldRDreger.MachineDesign.1981,53(2):l73一l78.2】大和久重雄.金属.198l(6):98一l01.3大和久重雄.热处理,1987,27(4):6569.4李智超.模具工业.1988(2):2729.5唐明华.Crl2MoV钢拉伸凸模的深冷处理及效果.新技术新工艺.2003(11):33.6】王毓敏.工具钢深冷处理探讨.金属热处理.1996(3):37,作者简介朱繁康,男,1977年生,广东人,大学本科,助工.研究领域:金属热处理.为了实现期刊编辑,出版工作的网络化,我刊现已入网万方数据数字化期刊群,所以,向本刊投稿并录用的稿件文章,将一律由编辑部统一纳入万方数据数字化期刊群,进入因特网提供信息服务.凡有不同意者,请另投