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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。
n5 D m) \, g- 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+ ~) P( I8 X) L
表1 淬火温度与晶粒度关系* 淬火温度（±5)% ]0 ]5 A3 u( I0 D8 N6 |6 w+ O
| 910, `4 X- _; r5 S* t2 ~" r! R' a' M6 ?
| 930& @3 P/ O2 I0 ~( d
| 960* x8 l* h: ^* ^6 b4 {& ?- c4 E
| 990/ }- R9 `7 T! ?# s
| 1020
& b/ j$ L/ H( d$ J1 h | 1050
' ~% z3 ], u8 b# r$ E | 1080# w: b# b! Z ?7 G7 X" x
| 晶粒度（级）
; R# c& B5 }% i% b' T |& p | 11.0～11.5
* o3 N$ O: H% n( T3 n O% L | 10.0～10.5. B% C: \6 P' P# p
| 8.5～9.0# e* P. R9 h, N: {$ S. G& [9 K9 C% C- W
| 8.0～8.5
1 f1 J9 i5 @9 \8 V$ R- H3 k | 6.0～6.5
+ v$ R) k( N2 o$ O+ ~ | 4.0～4.5: ^! D4 d7 h @2 Y) A8 s+ B$ T
| 4.00 q" g5 A" {. `) o1 X
|
*一组三件试样平均值. # @5 A/ {; A8 Y6 F S
表2 淬火温度与硬度关系* 淬火温度（±5)6 ?) L0 Z! b9 O! v U
| 8507 Q& r& n9 ^' |
| 900- u3 R5 a9 d9 l
| 9507 C: U! p; i/ _0 Q
| 10000 E! }2 [" V2 c2 S* ~9 z
| 10500 _( }( c7 j9 \
| 1100
" L% n$ \" J3 R; A$ O3 i | 硬度（HRC） \9 O, _9 x, b
| 51～52
8 } I3 h+ T" f/ E: J* j6 J | 53～54
: S# k/ v' A/ M& y: Z* } | 55～560 K) {, i) Y, d) i8 k# O
| 58～59
, T* T& E% n# g# T! p | 55～56+ C1 I: h) L( {6 v$ E) L5 O
| 52～53. v$ [+ V& D7 X4 I# L! Z
|
*一组三件硬度试样平均值 6 @& p. [" X- n1 m
表3 4Cr4NiMoV电渣钢力学性能* 淬火温度（±10℃)
- [2 y2 F1 H2 E! }5 x | 力 学 性 能 | σ0.2/MPa4 A) i9 h4 e) @. _1 w
| σb/MPa7 \$ ?: j$ w# W0 C9 F4 I8 C" [
| δs(%)/ k5 Y# X, f9 u3 M# M, w
| ak(J/cm2)& y) F9 L' K) C b- J5 s* _ n
| HRC8 T/ c8 }6 I' t4 Q! ]9 ~2 ^6 k+ H
| 350
/ ]5 y, O `- X0 G9 k | 1321～13349 V* X6 f+ {! w) ?- i, q; N
| 1452～1518
. T/ f% E" F" L1 U | 4.5～5.6
! Y8 H+ C9 a6 h3 b7 N8 R | 31～33
$ U. F+ m' w6 n& x7 T5 ~$ \, l | 46～49
% r5 \5 a/ |0 H/ n( ? | 450
8 m" C$ V+ h3 }# D/ i% K& v" @. ] | 1406～1412: j/ U$ W9 }8 L6 U( M
| 1513～1526
' H3 k7 w0 a& e7 S4 O3 U5 Z {! e | 6.5～7.3( y+ u; A1 X2 q1 _- s" ~9 P" {
| 36～41
4 N K% @* I+ i! S( ?" N+ W# ? | 44～47 x1 n [* h0 X0 l7 i- ^
| 550
; T( Q+ `9 A, W; j$ _ | 1435～1442
?* l% d' C: g' H W | 1597～1609
! ^/ d( f3 q2 j, Q2 K7 `3 x/ M | 9.0～9.58 W) }& h8 l) g
| 44～46
0 Y' Q5 c3 Z* W3 i | 43～45
4 v; `2 k$ q/ J | 650" Y- ?* Q% o1 j9 a
| 1209～1215+ ?' j- ^0 W, m* x' }
| 1318～1327+ S2 N' ]; R( `' k* y& f/ N2 s
| 10.5～11.01 y) w- m( w- v: M: ~
| 75～81$ [( b( n! K8 J$ l" Z
| 38～41
! k3 K4 w; ?: k. m/ c) d |
*三组性能试样平均值。960℃油淬试样。 . d. Y1 G! d8 m; s7 u
2 复合强化热处理工艺
, q# H) s7 q9 n5 F' f/ D" [% E" B! s
3 新工艺分析
7 C8 B6 v M& M5 n4 Q（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。: ~5 f( {9 N3 V* N& |- {
（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。
8 w( q# q, ]8 M' u5 o& R! m& f（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：
0 m' M/ V, P. ~9 S! U4HCONH2→4[N]+2[C]+4H2+2CO；3 z4 {1 ]1 \3 [: D
（NH2）CO→CO+2H2+2[N]，
. ?) Y& h+ C+ x3 q- a2CO→CO2+[C]；( |! s- i( b W! @
2H3BO3→B2O3+3H2O，1 }# a$ I8 d2 A* q+ l$ Q
B2O3→3[C]+2[B]+3[O]；
; R" \7 T% x+ q( s2 _（NH2）CS→2[N]+[S]+[C]+2H2；
5 E c% r" u& C$ Z: o' n+ VH2O→[O]+H2。; L& |: u T# J% G5 z' H" I/ \! X
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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发表于 2010-10-7 15:31:03