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尖咀钳热锻模复合强化处理
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:477

 尖咀钳热锻模复合强化处理

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。
 
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、、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,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,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
表1 淬火温度与晶粒度关系*
淬火温度(±5)
910
930
960
990
1020
1050
1080
晶粒度(级)
11.0~11.5
10.0~10.5
8.5~9.0
8.0~8.5
6.0~6.5
4.0~4.5
4.0
*一组三件试样平均值. 
表2   淬火温度与硬度关系*
淬火温度(±5)
850
900
950
1000
1050
1100
硬度(hrc)
51~52
53~54
55~56
58~59
55~56
52~53
*一组三件硬度试样平均值 
表3  4cr4nimov电渣钢力学性能*
淬火温度(±10℃)
力  学  性  能  
σ0.2/mpa
σb/mpa
δs(%)
ak(j/cm2)
hrc
350
1321~1334
1452~1518
4.5~5.6
31~33
46~49
450
1406~1412
1513~1526
6.5~7.3
36~41
44~47
550
1435~1442
1597~1609
9.0~9.5
44~46
43~45
650
1209~1215
1318~1327
10.5~11.0
75~81
38~41
*三组性能试样平均值。960℃油淬试样。
2 复合强化热处理工艺

3 新工艺分析
(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�cl2 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。
(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。
(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:
4hconh2→4[n] 2[c] 4h2 2co;
(nh2)co→co 2h2 2[n],
2co→co2 [c];
2h3bo3→b2o3 3h2o,
b2o3→3[c] 2[b] 3[o];
(nh2)cs→2[n] [s] [c] 2h2;
h2o→[o] h2。
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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