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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。
  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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