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尖咀钳热锻模外形尽寸150mm×95mm×110mm原用5CrMnMo钢制造,经常规热处理使用寿命仅0.4~0.5万件。主要失效形成:早期脆断---裂纹源发生在型腔应力集中底角;热疲劳裂纹产生在激冷激热最剧烈的型腔凸台边缘部位。其次为型腔软塌、塑性变形及磨损等早期失效。试验表明,选用4Cr2NiMoV钢新型热作模具电渣钢经改锻后进行复合强化热处理,其使用寿命4~5万件,提高9~10倍,有显著技术经济效益。 + c) p- x8 W6 E/ A
4Cr2NiMo电渣钢的锻造。电渣钢具有纯洁度高,杂质少,化学成分与组织均匀,晶粒细等向性能与锻造性能好等特点。首先将电渣钢锭开坯轧制成ф80~ф100mm圆钢,下料取锻造比≤2~3。锻造不仅获得所需锻坯形状尺寸,更主要的是改善组织性能,尤其细化心部组织,因模具型腔正处于心部,促使材料纵向力学性能与横向性能基本一致。采用轻----重----轻锻造法。坯料低温入炉,二级预热,一级预热550~650℃,保温1.5~2.0h,二级预热温度850~900℃,保温2min/mm,预热保温后逐渐向高温区递进,缓慢升温与至1120~1150℃,保温1.0~1.5min/mm.锻坯加热过程应均匀、充分透烧、勤翻动、勤掉头,严防出现表熟里生、里熟表生、阴阳面、两头黑中间白等夹生加热缺陷。始锻温度1070~1100℃,轻锤慢打,小锻造比,少变形量,镦粗、拔长、锻六万、滚圆为主,避免重击、连击,防因组织过热而锻裂。中间温度1000~1070℃是锻造最佳时机,锻坯塑性好,不易过热,应加大锻造比,加大变形量,可重击、连击,尽量锻透,改善内部组织。接近终锻温度900~1000℃,因温度低,塑性差,锻造变形拉力大,应轻锤慢打,小锻造比,少变形量,防锻裂。经四镦四拔双十字形变向锻造,最后使锻造纤维组织围绕型腔分布,达到优质锻坯技术条件。锻坯缓冷后进行球化退火,锻坯在电炉加热,低温入炉,随炉升温至810~820℃,保温3~4h,保温后随炉冷至≤400℃以下出炉空冷,获得球状珠光体组织,硬度HB160~180,既是最终淬火的理想预处理组织,又有良好冷切削加工性能。 1 复合强化处理工艺性能试验
4 M4 k) z' j ^8 B4 E( N0 M, E表1 淬火温度与晶粒度关系* 淬火温度(±5)
, v1 d. J; A- ?4 Z, w/ Z/ t | 910+ P# [- e# o9 t
| 930! O$ Y& o3 U: u6 ?7 {% r% k* X! b' ]
| 960. b# N. o0 `8 V, _$ x: N
| 9901 _4 z4 t4 g5 J2 N
| 1020# ^: Q' \& E3 \! m# B
| 1050
( ]/ J Z* h) v, _2 x9 f& o | 10807 i1 {7 S4 x0 Q
| 晶粒度(级)
9 M% I. E3 R! V( [- r d* ?+ Q | 11.0~11.54 Z% I! V8 K3 m% A1 I) l# D P% q
| 10.0~10.5
" k9 k- Q2 f7 t' z9 v; ] | 8.5~9.0/ i. f1 Q# p" v' E) C
| 8.0~8.54 V$ F$ t: g: x
| 6.0~6.5 L# J( Y3 [ f$ k- g5 D3 I' l0 A
| 4.0~4.56 V3 [0 h( z/ j. c" b
| 4.0( e' Y5 g: y" F6 S6 F8 M+ A' s, e, u
| *一组三件试样平均值. 2 d; o8 B% T3 | Y+ c: X
表2 淬火温度与硬度关系* 淬火温度(±5)% @3 O5 U0 k/ Q0 k& t2 H2 b. a
| 850% q7 L. @; D/ Z' r7 ?8 o
| 900
& y1 @8 X! H4 Z6 S! E( ~" V, @, w# k | 950
/ W& B8 Z8 `5 F; o" Z2 r! G; b9 w7 l9 ~ | 1000
* g3 X" L8 M; q( T! U3 X) } | 10509 H1 V5 _! @* \' V/ ?
| 1100$ l: c7 I/ p/ T6 x( `% _
| 硬度(HRC)
3 r6 u0 u: F1 c+ o% B. n | 51~522 q. C1 r3 \% d/ J: H5 b
| 53~545 D4 v( Q$ A/ P, q
| 55~56
6 d4 E& I# a: N" l4 t | 58~59
0 u- G7 z) T, }4 D | 55~56
% ~' A2 ~3 V! B | 52~53
; c. N4 b# `* N# D& U | *一组三件硬度试样平均值 # t3 O, P2 @8 N
表3 4Cr4NiMoV电渣钢力学性能* 淬火温度(±10℃). ?3 L4 X. W7 [+ K2 T
| 力 学 性 能 | σ0.2/MPa) j* E6 t4 s" p$ _5 ^% |5 }3 r* H
| σb/MPa, J, I2 V0 B$ V, j# K. L
| δs(%)
$ f, A$ d. l6 r' N: t4 N. {/ _ | ak(J/cm2)
& g* t( K! F' s) |9 e0 G3 A | HRC
4 X) s5 A- U; A2 D7 A! x: C1 l | 350
# e( _ E) K, g3 h8 s | 1321~1334$ x7 R' n; f; ^9 ?1 {3 C
| 1452~1518' X/ \- Q" \0 N3 O* W0 _1 K
| 4.5~5.61 M/ W& L) h5 E
| 31~33/ q+ K0 n" x7 k; Y; z1 P4 y
| 46~49
- W' r* Y( F1 F# m | 450
0 Z1 v5 M' l* C S | 1406~1412: H6 j! ~4 S, E5 y9 Z- t
| 1513~1526
9 J' t4 l% N% ]+ R | 6.5~7.3
, \4 y$ d' W4 V8 C9 D% ^5 Z+ g | 36~41
6 }$ K: ?* @" B4 Y2 ^ | 44~47: S, W" u9 f/ {$ T4 D
| 550& t6 E( ?- |0 ]8 A
| 1435~1442
4 w9 Y0 W C% Y0 {7 p | 1597~1609$ N9 F* {. N! K0 `9 D
| 9.0~9.5
9 O& @: ~8 N/ ~6 o# n | 44~46+ l, q: \# r5 m+ h2 K0 g8 J
| 43~45
) m" N; K }9 _. V8 E | 650
+ v( N3 r: Y& T$ l/ V- P A* z | 1209~1215' n# o* Q6 ]9 a/ z. X8 u& U; \
| 1318~1327
5 v( s+ T% Y3 b- h | 10.5~11.0
) x" k+ x+ l& u3 G+ ? | 75~81
6 O( L5 Z% J5 T7 m$ G | 38~41
- p& _$ g; H+ n | *三组性能试样平均值。960℃油淬试样。 7 t& p) w2 b3 ?% `6 Y/ x- n
2 复合强化热处理工艺 ' z Z0 N, X; ~/ S1 G" L& l- X- ~
2 Q+ j) h' P! t! S3 新工艺分析2 a5 I% }. {) k# Q9 j& H
(Ⅰ)马氏体/下贝氏体强韧化处理 上述试验表明,选用950~960℃淬火加热温度能使合金碳化物和合金元素较充分溶入奥氏体中,使奥氏体充分合金化,保持9.0~9.5级较细奥氏体晶粒。淬火加热是在经充分脱氧的50%BaCl2+50%NaCl中性盐浴炉中进行。加热保温后油冷1~2min后转入50%NaNO3+50%KNO3双硝盐浴等温60~90min,获得隐晶马氏体+20%下贝氏体双相组织,下贝氏体有较高强度与韧性配合。, R0 X( a; s! m, D9 W# [! }8 M
(Ⅱ)多次高温回火 热锻模淬火后在620~640OC×1.0~1.5h×2次高温回火,获得所需基体组织与性能。在高温回火冷却过程中析出弥散细小Cr7C3、MoC、V4C3和VC产生沉淀强化,发生二次硬化作用,有较高强韧性、耐磨性。淬火后及时回火,消除淬火应力,防止应力扩展;较长时间回火,提高抗断裂韧性;多次高温回火,促使淬火残余奥氏体充分转变,稳定组织,稳定尺寸;合理选择回火温度,得到所需组织与性能、高强韧性基体,基体硬度HRC39~41。6 ?. R2 ^9 C& I0 @" S z* h+ x
(Ⅲ)S-O-C-N-B 五元共渗透 五元共渗可大幅度提高模具表面渗层硬度、耐磨性、红硬性、抗疲劳、抗粘结、抗咬合、抗腐蚀、抗擦伤和抗剥落等性能。共渗温度580~590OC×3~4h,同时起到第三次回火作用。五元共渗在滴注式气体密封井式炉中进生,炉压控制在13.42~14.40PaH2O柱。共渗剂配方:100mlHCONH2+1400mlH2O+500g(NH2)CO+15gH3BO3+108(NH2)CS。共渗温度下,各渗剂主要化学反应式:
4 E* t# _* L7 S6 L5 C) N4HCONH2→4[N]+2[C]+4H2+2CO;! }( _& F/ P) ^, C: e# Y
(NH2)CO→CO+2H2+2[N],
! G7 j+ z! l; Q6 J) D2CO→CO2+[C];. \6 I _. F* Q7 ` O p7 ]. I! e8 X! p
2H3BO3→B2O3+3H2O,
* E( t0 U& J1 R. c0 o3 qB2O3→3[C]+2[B]+3[O];
- z) F Z L6 \(NH2)CS→2[N]+[S]+[C]+2H2;
; O( s9 z5 Q* O, c1 l1 x4 s7 m5 ?+ EH2O→[O]+H2。0 G* H* ]8 Z& q1 Y& x2 c/ L5 z
上式化学反应产生的活性[S]、[O]、[C]、[N]、[B]原子被金属表面吸收并向金属内部扩散,形成五元共渗层组织。最表层由FeS、Fe3O4、Fe3BO4组成,厚约1~3μm,质软,起固体润滑剂作用,降低摩擦系数;次表层主要由Fe3N和ε相组成,厚约4~6μm,锒嵌着高硬度弥散C、N化合物,硬度Hv1120~1160,具有高耐磨性;再往内为扩散层,厚约0.45~0.55mm,分布着大量C、N、B合金化合物弥散颗粒和N化合物等弥散强化相和含C、N马氏体硬化层,硬度较高Hv950~1100,耐磨性好,磨损抗力强。化合物层、扩散层与基体结合牢固,抗剥落性强,表硬内刚,赋予尖咀钳热模高寿命。推广应用新型4Cr2NiMoV电渣钢复合强化处理新技术,有显著技术经济效益。 |