高速钢冷作模具深冷处理及应用

1、高速钢冷作模具深冷处理及应用摘要：指出了对高速钢采用-196液氮深冷处理可使组织发生明显变化，有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出，使模具获得较佳的综合力学性能，深冷处理后高速钢模具的使用寿命较常规热处理进步三倍以上，具有非常重要的使用价值。关键词高速钢模具残留奥氏体超细碳化物使用寿命1引言高速钢自1990年问世以来，一直是以制造金属切削刀具而著称，随着科学技术的飞跃开展，高速钢的应用范围不断扩大。从60年代开场，日本以汽车、自行车工业为中心，试用高速钢做模具获得成功，如今消费的高速钢约有15%用于制造模具。高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具，特别是系高速钢比系高速钢韧性更

2、加优越。高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。目前我国使用最广泛的高速钢是钨系18r4V简称18-4-1钢和钨钼系65r4V2简称6-5-4-2钢1。这两种钢的传统淬火回火工艺特点是：高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次，以获得高硬度和热硬性，工艺标准如表1所示。主要缺点是在某些场所硬度缺乏。为了改善模具强韧性，近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。表1高速钢常用热处理规格钢号淬火加热温度范围回火标准切削刀具冷作模具18r4V1240-13101240-12505601h3次65r4V21200-12501180-12005601h3次2深冷处理法原理及工艺过程高速钢的冷处理

3、是在三十年代后期提出的，按传统概念，冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下一般为-60-70，使钢内的剩余奥氏体转变为马氏体。过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理消费周期，即用淬火+冷处理+一次回火来代替处理方法2，即在-100-196液氮处理淬火零件，其后在400回火一次，不必需原来23次的重复回火。经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善，耐磨性可进步40%，既缩短回火时间，节省了能量，又明显进步了模具使用寿命。20世纪70年代以来，国内外对深冷处理的研究工作卓有成效，前苏联、美国、日本等国均已成功利用深冷处理进步工模具的使用寿命、工件的耐磨性及尺寸稳定性。1深冷处理后的组织转变。经

4、深冷处理的淬火高速钢不但引起了奥氏体转变，同时也引起了马氏体转变。过去几十年来强调的是剩余奥氏体转变，马氏体分解这一新发现可以看作近年来高速钢深冷处理研究的新进展。高速钢种的马氏体最终转变点f非常低，例如18r4V钢的f点约-100，因此淬火冷却到室温会残留大量的奥氏体，一般认为钢中残留较多的奥氏体是有害的，会降低钢的硬度、耐磨性及使用寿命，还使许多物理性能特别是热性能和磁性下降。试验证明：采用深冷处理可使钢中残留奥氏体降至最低极限，由表2可以看出18r4V高速钢经淬火、回火后，深冷处理可以使回火后的残留奥氏体量降低24%。表2不同处理工艺对18r4V钢残留奥氏体的影响体积百分数%转贴于论文联

5、盟.ll.热处理工艺残留奥氏体AR1280淬火+5001h3次回火10-196深冷处理7.6前苏联列宁格勒工业大学研究了-196液氮中15in的深冷处理对高速钢转变的影响，试验结果说明，-70-75到-130-140范围内进展深冷处理时发生马氏体转变，当冷却到-196时转变停滞。在-90-120温度范围内，出现试样容积的见效，这证明马氏体已局部分解并在位错面上析出了碳原子和形成了超显微碳化物。可见，社冷处理使高速钢析出碳化物的颗粒明显增多，且弥散均匀，18r4V钢经深冷处理后碳化物颗粒约增加8%，65r4V2钢析出的碳化物颗粒约增加76%，基体组织亦明显细化。2深冷处理对高速钢性能的影响。深冷

6、处理过程中，大量的残留奥氏体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196至室温过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为2060A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减小，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗析出，均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界催化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了高速钢的性能，使硬度、冲击韧性和耐磨性都显著进步3。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由60HR进步至62-63HR，模具耐磨性增加30%40%。可看出深冷处理后模

7、具的相对耐磨性进步40%，延长深冷处理时间后，在硬度没有太大变化的情况下，相对耐磨性有所增大4。3高速钢模具深冷处理工艺过程为防止高速钢模具特别是形状复杂的模具在深冷处理中发生断裂和变脆，建议淬火后的高速钢模具在560回火1h再进展液氮深冷处理，然后在400进展最终回火30-60in，这种热处理工艺不但可以防止模具断裂和脆化，而且可以进步模具寿命1.52倍。高速钢模具深冷处理工艺过程为，模具除油垢放入保温罐中少量屡次注入液氮保温4h取出模具400回火45in。3高速钢模具深冷处理应用实例1凸模：汽车厂的高速钢凸模，未经深冷处理时只能使用10万次，而采用液氮经-1964h深冷处理后再400回火，使用寿命进步到130万次。2冲压凹模：消费使用结果说明，深冷处理后产量进步二倍多。3硅钢片冷冲模：为降低模具深冷处理后的脆性和内应力，将深冷处理与中温回火相配合，可改善模具抗破坏性及其它综合性能，模具的刃磨寿命进步3倍以上，