模具钢用水淬火剂的热处理工艺

发布时间:2012-10-17 20:25:06
根据模具工作条件的不同,模具钢有冷作模具钢和热作模具钢之分。 1.冷作模具钢 冷作模具钢用于制造冷冲模和冷挤压模等,工作温度大都接近室温,不超过200-300℃。 (1)工作条件与性能要求:用于冷态下变形加工材料的模具,如冷冲、冷镦、冷轧和拉丝模等。被加工的金属在模具中产生很大的塑性变形,模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦,甚至有较大的应力集中,主要失效形式是磨损,也常出现崩刃、断裂和变形等失效现象。因此,冷模具钢需水淬火剂淬火应具有以下基本性能:①高硬度、高耐磨性:一般为58~62HRC,较刃具钢需要更高的耐磨性。②足够的强韧性:以保证尺寸的精度并防止崩刃。③良好的水淬火剂热处理工艺性能:淬透性高,水淬火剂热处理变形应尽可能小。 (2)成分特点:①高碳:碳质量分数多在1.0%以上,个别甚至达到2.0%,以保证高的硬度和高耐磨性。②合金元素:加入Cr、Mo、W、V,形成难熔碳化物,提高耐磨性,尤其是Cr。典型钢种是Cr12型钢,铬的含量高达12%。铬与碳形成M,C。型碳化物,能极大提高钢的耐磨性,铬还显著提高钢的淬透性。 (3)常用冷模钢:①9Mn2V、9SiCr、CrWMn:份格便宜,加工性能好,能基本上满足模具的工作要求。缺点是淬透性差,水淬火剂热处理变形大,耐磨性较差,使用寿命较低。尺寸较小,形状简单且工作负荷不太大的模具,要求不高的冷模具用低合金刃具钢制造。②Cr12大型冷模具用钢:高碳高铬钢,淬透性好,水淬火剂淬火变形小,耐磨性好,可用于制作负荷大、尺寸大、形状复杂的模具,如冷冲、挤压、滚丝和剪裁模等。除此之外,高速钢由于其优异的工艺和使用性能,也是很好的高档冷作模具用钢。除此之外,高速钢由于其优异的工艺和使用性能,也是很好的高档冷作模具用钢。 (4)水淬火剂热处理特点:Cr12型钢的水淬火剂热处理包括预备水淬火剂热处理的球化退火,目的是消除应力,降低硬度以便于切削加工。退火组织为球状珠光体十均匀分布碳化物,硬度为207-255HBS;最终水淬火剂热处理一般采用淬火950-1000℃+低温150-180℃回火,组织为M叫+弥散粒状碳化物十少量Ar,硬度可达61-64HRC。 2.热作模具用钢 热作模具钢用于制造各种热锻模、热挤压模和压铸模等,工作时型腔表面温度可达600℃以上。 (1)工作条件与性能要求:热模具在反复受热和冷却的条件下进行工作的,承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变和热应力以及高温氧化,出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式,因此比冷作模具有更高要求。①综合力学性能好:高的耐磨性和足够的韧性。②良好的高温性能:高的热硬性、高的抗氧化性能、高的热强性,以及高的热疲劳抗力以防止龟裂破坏。③水淬火剂淬透性高:热模具一般较大,所以还要求热模具钢有高的淬透性。④导热性好:减少热应力并避免型腔表面温度过高。 (2)成分特点:①中碳:热模钢的含碳量取中碳范围(0.50%-0.60%),对于压铸模为0.30%。这一含碳量可保证水淬火剂淬火后酌硬度,同时还有较好的韧性指标。②主加元素:Cr、Ni、Mn、Si等,提高淬透性使模具表里的硬度趋于一致,提高回火稳定性并有固溶强化作用。③其他元素:加入Mo、W、V等形成碳化物,产生二次硬化,提高了水淬火剂材料的耐磨性。Mo还能防止第二类回火脆性,提高高温强度和回火稳定性。 (3)常用热模钢:5CrMnMo、5CrNiMo(在截面尺寸较大时使用):对韧性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。3Cr2W8V、4Cr5MoVSi:热强性更好的大型锻压模或压铸模。 (4)水淬火剂热处理特点:热模钢必须经过反复锻造使碳化物均匀分布,锻造后的预备水淬火剂热处理一般是完全退火,其目的是消除锻造应力、降低硬度,以便于切削加工。最终水淬火剂热处理根据其用途有所不同:热锻造是水淬火剂淬火后模面中温回火、模尾高温回火。压铸模是水淬火剂淬火后在略高于二次硬化峰值的温度(600℃左右)多次回火,以保证热硬性,组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体,与高速钢类似。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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