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[转帖] 尖咀钳热锻模复合强化处理

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发表于 2010-10-7 15:31:03 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国江苏常州

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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。
9 K! @! I/ a. x5 i! P; r
    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* y+ [' n$ V3 Q! r% L
表1 淬火温度与晶粒度关系*
淬火温度(±5)8 |% m% n# q& a& |1 O6 o7 w. M
910# Q" \- ]) O4 e+ N9 b. q
9308 {& u: @) d0 j* K& e3 }' X
960
5 R+ Y, `) B* D+ j3 U) {
990
+ R( G7 U5 w* B3 j4 q7 U* N( \
1020" W) z9 n7 c! ~$ m' H* z
1050
4 E, d( z5 ^6 e9 E/ v2 A- ]
1080  U- R3 N4 n6 d/ l( x/ B6 }+ B6 m
晶粒度(级)
" U. z9 x9 I8 L2 B0 a  V
11.0~11.5
6 t. A1 x, Q: p+ x" Q& |* Q
10.0~10.5
9 C: l+ s8 @& H
8.5~9.06 K8 [* o$ y. ~2 i( M
8.0~8.5" J" }0 Z# ?9 F  B
6.0~6.5
  w( U0 N4 H+ |; z7 D  t
4.0~4.59 I/ b' `9 n6 s, e4 s
4.0
9 X+ P' O! f4 F1 c' @% }1 ^3 ?& g
*一组三件试样平均值. % \( b' H" T$ ~
表2   淬火温度与硬度关系*
淬火温度(±5)
3 m' f, ?1 c" n' Q
8509 D" v& C* u' U
900
* s4 C3 ~+ S0 T( v0 J
9504 `+ k, B; U# c2 q* @; P; D6 G
1000
/ u. o# F2 Y1 V4 j7 J
10509 ^6 @* y1 g# i; L
1100( K8 \& p( ^( u
硬度(HRC)
( f' D+ [" d- x, q8 P! X' G
51~52$ N+ C# m7 N% c- |
53~548 K; h1 h4 @9 A" a! R+ E. a
55~56
* F: a! Q: v8 u% L+ C  f
58~59
1 M. K" x3 w; j
55~56
4 P' c2 I( }4 |: T& r% W
52~535 T  c. V5 c0 J0 e2 W% n6 m7 \2 p
*一组三件硬度试样平均值
* {4 N( r7 F6 p2 L* m' T* }& a
表3  4Cr4NiMoV电渣钢力学性能*
淬火温度(±10℃)
5 ?% w( L6 P) }) R1 p
力  学  性  能  
σ0.2/MPa
$ }0 F; ^' z* }
σb/MPa
0 u5 }9 v/ L- g, o  z1 C
δs(%)
/ }' U+ P/ p! e, A4 b% e. K
ak(J/cm2)
- z+ C1 b1 |, G$ q6 d2 ]3 r
HRC/ \1 l6 q6 }8 C) L/ {% U
350' e5 `& b0 P9 _8 b! N" G
1321~1334
% m  l; C7 f  h0 U  P$ H4 T) j2 `
1452~1518
+ t* K( M& t  j; i' S
4.5~5.68 ~4 O/ O+ t8 y( c$ J) O; Z
31~33
. Z; V5 Z/ T7 [8 @2 C
46~49
" s- r: x* z0 j! d2 {
4503 q  m" n4 r7 g6 }6 @" l
1406~1412
% {) }/ R$ q4 H
1513~1526
  [5 V9 _3 L# l0 [1 I
6.5~7.3
; A+ S- P4 t1 \3 h; r
36~41$ U5 L; N" i; ^- t
44~47" A# L8 G: x: F8 b9 t+ R
550
# U6 C% y. {  V3 y& U
1435~1442
% ^9 @  t# b# E8 E
1597~1609
: \+ k; p  ^: I/ w
9.0~9.5
" G+ U/ S; t5 F/ l+ k
44~46
% \9 `7 v' e, f5 _+ @
43~45
+ S" ]; [1 _  k6 R  v1 W7 H/ |
6501 k- I6 ~  r5 O  |
1209~1215
+ D7 l/ ]9 m! S
1318~1327' I3 p# C' Z$ Z# c% I4 d' [
10.5~11.0
, |% r/ C1 e  |* f
75~81: O) u( ~) d  n; g# I
38~41
3 {; S. N, ^; c2 L  C
*三组性能试样平均值。960℃油淬试样。
7 L8 k. F& K1 v3 B. Y2 复合强化热处理工艺
% H3 @: |' |  F8 M' G& I7 Q
. z$ o- L7 a8 J3 新工艺分析
2 Y) H9 f+ f8 S( G& H) @: r(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。
! b% L6 y$ N1 z6 C(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。3 S6 H; l1 P, @" D5 p4 E: j
(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:+ ~5 X6 S0 L3 |
4HCONH2→4[N]+2[C]+4H2+2CO;
3 S; j5 _. i+ }, E& u9 Q(NH2)CO→CO+2H2+2[N],
( f3 I$ ?/ e4 k5 m7 m6 _' H7 j& w2CO→CO2+[C];
' u) d& t0 b8 A4 q* Y" I$ o2H3BO3→B2O3+3H2O,) {( c9 C( m( t" U* J: e" ]/ s# O! S
B2O3→3[C]+2[B]+3[O];
; g% @6 V' r6 C/ z9 X' a; a(NH2)CS→2[N]+[S]+[C]+2H2;
. b$ Q- a' L. ~$ S  Z7 B: SH2O→[O]+H2。
5 n2 K( x4 f& g2 q7 g$ V  Q( Y
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。
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