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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。 2 F# y& l. |# c6 x2 y. X) L
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
: p* Y0 x: W l- s表1 淬火温度与晶粒度关系* 淬火温度(±5)
& a# Y) L! a7 P: C) i; x: k& \, g | 9104 m$ w: [7 Y* I7 m+ U C* \$ D- c
| 930: q4 _! H1 q# o) {2 Z+ |
| 960
8 N7 b" T6 m0 {8 j$ H | 990
9 w! o2 |9 k! A; \5 {, X | 1020
. s3 K) e- `) L0 q' b | 1050( v5 ^. ~& o/ A- }& X8 K/ t7 j
| 1080
: A* X8 X2 @4 @0 ? | 晶粒度(级)
$ k" @6 b P0 w& u* Z' v | 11.0~11.5
; V! y. s7 s" a4 n | 10.0~10.5
' j2 ~9 r; W9 S: o- |. ^# W | 8.5~9.0
7 ~7 T0 g/ E& z( h) {0 g* u) E | 8.0~8.53 Y' [6 C7 d4 H5 Q
| 6.0~6.5
. t$ I! S: V! c- ` | 4.0~4.5/ r( Q8 E! o8 u" R1 Z6 v
| 4.0
1 c6 O" y+ |! v, y8 W* K/ r( t | *一组三件试样平均值. 2 N7 }* b5 \5 }. p7 s1 h
表2 淬火温度与硬度关系* 淬火温度(±5)
* F5 {& x- V2 ]: R6 ~! v( q | 850
* f3 R0 L; G7 h0 m( R! B( ? | 900
& w2 L3 P. I% @1 E | 950
" t8 X2 h$ H4 E, U- Z. ~3 w | 1000" z7 p5 A/ O. J# r
| 1050
" i7 s7 Q' J9 X1 b1 T | 1100
' }9 a, I" R% ]; T7 ?# d0 g- E | 硬度(HRC)+ J8 Z- t7 B" O3 z- c0 c
| 51~52
5 L8 e, v# ~: B9 [ | 53~546 q: m$ f" d# P+ d; S# K0 H0 p
| 55~56' u$ t8 x8 I5 w8 Z; _5 u6 p
| 58~59& L+ H7 R2 m6 h, R9 k# P( y( N
| 55~56
, K4 S+ l V; `. ^ w | 52~53
* W4 B0 f0 V9 g8 s | *一组三件硬度试样平均值 ! u8 u, A% u% O# t7 X
表3 4Cr4NiMoV电渣钢力学性能* 淬火温度(±10℃)
# t! \' ~* I* q3 p, Z7 S | 力 学 性 能 | σ0.2/MPa- \ G/ A/ M7 @& Q1 h6 G% ]7 t
| σb/MPa
. _9 D) [. x& | | δs(%)
# M/ F- A- z, K L# X | ak(J/cm2)
w" \, A: f1 Q | HRC L w( t& Q) M$ |$ Y7 x% [! I1 o
| 350. R( r+ ~6 `+ [& ?
| 1321~1334
; P" n. |! m {6 k- c9 q4 | | 1452~1518, J) I+ [6 p7 q& }
| 4.5~5.6 `7 i6 r/ b( p1 b: X- z. B
| 31~33: G( b7 ]. N5 c9 W% ^' |! Y
| 46~494 M( [( c+ ]4 \* K. O
| 450" Z/ `5 H$ r: v# N
| 1406~1412
* {/ N0 B2 o, ` | 1513~1526
9 Z; n/ g6 ?/ b+ Z/ k# t* e | 6.5~7.3& c# l& |0 r- s/ ^' L% \9 J8 x
| 36~41
6 a2 v) M- r& [4 [ | 44~475 |2 Z0 {; H+ D* h2 R4 H. b4 c" u
| 550
" p3 @' ~. e/ o | 1435~1442
- m6 j& x7 d" V( i1 {; F | 1597~1609+ `: X0 D% M: f
| 9.0~9.5
) g0 W \- d+ r. P& j& ^2 E | 44~46
' Y! I5 L# I* f- d | 43~45
8 _9 ?7 \5 Z) I, X) I- P6 J | 6507 _$ b4 s& `. L8 ^& f
| 1209~1215
+ d" O0 R) ^- |$ u! u4 q | 1318~13272 Q6 J* W X% U
| 10.5~11.0" j6 n" E) |; Z' V- s3 n
| 75~81
2 S/ {% A/ a% k. ] | 38~419 x4 ~7 b1 |& ?. Y$ V
| *三组性能试样平均值。960℃油淬试样。
- w& j. L* Q; R/ X% S+ H" w6 C! Q2 复合强化热处理工艺 ; r$ Z+ e% F$ t+ t4 @5 N/ O
8 q* u: V) n5 z2 O1 y: f, I3 新工艺分析: S3 M- g' K6 ~
(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。, y7 a x+ J% }1 ~
(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, m9 U/ @/ B. h* u0 C2 [
(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:+ o/ z0 `* [; N3 [0 m
4HCONH2→4[N]+2[C]+4H2+2CO;
8 F; j* Z3 `: k/ R6 p9 E% O' s(NH2)CO→CO+2H2+2[N],; o7 v) g/ J" e1 X0 w
2CO→CO2+[C];6 L! ^: n$ }1 O. l5 f2 I
2H3BO3→B2O3+3H2O,8 C/ C- u6 P0 `) ]8 N6 K' R
B2O3→3[C]+2[B]+3[O];
* _$ K- M- P$ U. _- o. ?# Z(NH2)CS→2[N]+[S]+[C]+2H2;
% \, W. _+ S% t, A b6 OH2O→[O]+H2。
0 c6 M6 ]1 c2 a0 `. m' 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。 |