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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。
: z  y( l9 i+ f
    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6 I! s7 p5 x* d* X! k
表1 淬火温度与晶粒度关系*
淬火温度(±5)' u1 j7 T6 h- m; s3 F4 C
910
. p  A# g. h9 p7 F( N
930- l; y# q/ q  K
960
+ |" ]* N8 q/ u' B' k& g3 D
9904 H  Y3 G$ ]! |
10200 ?% P* ?, @+ T. j  `
1050
) \  r) Y  x1 d) U1 Z
1080
# \; n2 H3 l7 Q3 T; D
晶粒度(级)# Y" g& C( V) m3 x, _) i
11.0~11.5$ P/ q, s8 q# N. ]
10.0~10.5
# E$ ?  H$ L" C6 f* ^/ M
8.5~9.0
6 B* d! G; e5 s5 ~
8.0~8.58 Z: O2 o; W6 C. Z& Z' Z
6.0~6.5% s) Z9 h' a* o$ J% f2 ^9 _$ z8 C. s
4.0~4.5
% c0 o1 i5 x$ E5 T2 Y
4.0
, z  v# ^: q; S1 w) X
*一组三件试样平均值. 9 s% E" E7 s5 ~) b) R' p0 b2 S0 o" s0 A
表2   淬火温度与硬度关系*
淬火温度(±5)( I' u3 ]- Y. ~2 O
850
9 `1 q) h6 l- z" M8 U: P8 b
900
8 D5 N% o4 Z. Y6 ]8 Z
950& @& E5 s7 A" q% K, h
1000! Q& }7 T0 E9 j: b# E- d
1050
5 H& Z, `% i4 ]  ?
11006 O# R) P9 Y. V2 p  x: |: t( A
硬度(HRC)) l0 o: _: K; s2 x5 B
51~527 D; s6 q3 }0 f$ d5 f% k# [/ h. m
53~54
! V: J) L0 x7 i+ _8 r$ s$ X
55~56$ V; c& u, e. B5 _+ X8 t. s+ ?
58~59" H/ O4 j6 y3 M9 d& P
55~56
, I6 h% \  |# E" n* a' H8 n3 J
52~53
' y! ]" M* c: \0 S& {4 d5 @
*一组三件硬度试样平均值 ! B; B- n0 x( C4 a% c8 M
表3  4Cr4NiMoV电渣钢力学性能*
淬火温度(±10℃)
- [- H; D8 w5 U8 S( t
力  学  性  能  
σ0.2/MPa
: ]; M! W1 p: a/ h
σb/MPa
6 s9 d% h1 Y! K
δs(%)
4 R8 |" Y3 M1 E  J
ak(J/cm2)
5 j  O8 H/ ~/ h
HRC! a; @. w6 L0 e8 O
350% e8 \( F1 y& ^2 m
1321~1334
$ j( c* y9 u( n; Z7 y
1452~1518
! T* R# p2 k- _4 y
4.5~5.6
) d! z; }8 X% J! b6 Z$ @1 t; B
31~33' _6 F) ]) C# p2 k) H
46~49
3 c1 y3 x( c$ Y) j( ?
450
: p0 r* ?" Y! h, E; N% l6 S/ J
1406~1412
( s! x% T7 Y. R. B$ S5 C# p2 O7 P
1513~15267 B$ W- w6 u! {1 ]3 {
6.5~7.3
$ p/ [& @, O& I; U4 }6 ^# e
36~41
1 C4 |/ a% H$ L9 m$ H; {+ ]& D
44~47# B3 [+ l( l2 A, p8 ~
550  h- e6 a$ M) }2 J+ L3 Y
1435~14422 D0 ~& ?- K8 x% V% T; t
1597~1609
6 |, H. \! ~9 d! ^+ X0 [
9.0~9.50 j4 Q! J- X, X
44~46
# A7 w3 S% b) P1 h) l- }
43~458 w- l0 {. o! Z/ G, C
650. Z9 }) v& ^6 W
1209~1215
; G; D# w4 H4 Y, b4 w
1318~1327
8 w; h1 P/ Y: ?) w9 c
10.5~11.0
% A  O8 J' X( D
75~81
4 A+ ]2 [$ n: e; X. Y
38~41
% R9 ~* e+ I  G. j# A
*三组性能试样平均值。960℃油淬试样。
4 W( V' U0 n3 d( o8 a$ N1 w2 复合强化热处理工艺
# ~8 B5 t, m" u9 v& a$ ]7 T% S: }/ \4 N  ?8 e: j; ]
3 新工艺分析
. ^1 j! Y/ y' d(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。' w+ j5 O" ^- j4 _% t9 [
(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。
( P' K2 p! h0 E; g+ P6 o(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:% L4 {/ p' x+ ]9 Y% {+ Q- M/ k
4HCONH2→4[N]+2[C]+4H2+2CO;
2 r4 J9 l; q0 i7 H, F! L  ?/ O: F(NH2)CO→CO+2H2+2[N],
) O  r9 y: H$ v) f2CO→CO2+[C];
) P1 C; M0 S2 n% @2H3BO3→B2O3+3H2O,
: r5 `$ M+ p( g2 D4 T2 EB2O3→3[C]+2[B]+3[O];
# `. y/ l5 g" v(NH2)CS→2[N]+[S]+[C]+2H2;
! U8 }6 R  |* F" M. R) lH2O→[O]+H2。8 f* a; r0 p4 Q7 w9 O: }
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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