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        熱擠壓模及中、小型機鍛模用鋼與熱處理

        日期: 2022-05-02
        瀏覽次數: 10045

        1、熱擠壓模及中、小型機鍛模的工作條件與性能要求

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        熱擠壓模工作時,受到壓應力、彎曲應力和脫模的拉應力作用。所受的沖擊載荷比錘鍛模小,但與熾熱金屬接觸的時間比錘鍛模長,工作溫度較錘鍛模高,擠壓不同金屬時溫升也不同,最高可達800一85090。因急冷急熱造成的熱應力也大于錘鍛模,摩擦也更為劇烈。熱擠壓模的主要失效形式是模腔過量塑性變形,反復加熱冷卻而引起的疲勞破壞、熱磨損及表面氧化腐蝕。

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        中、小型機鍛模的工作條件與熱擠壓模相近,所不同的是所受到的沖擊載荷比熱擠壓模大。因此,中、小型機鍛模的失效形式也與熱擠壓模相近。因而,要求熱擠壓模及中、小型機鍛模具有較錘鍛模更高的耐熱疲勞性、熱穩定性和良好的耐磨性,以及較高的高溫強度和足夠的韌性。

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        2、熱擠壓模及中、小型機鍛模用鋼

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        常用的熱擠壓模具及中、小型機鍛模用鋼為鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼,還有鉻鑰系、鎢鋁系和鉻鉑鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。

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        (1)鎢系熱作模具鋼這類鋼的代表性鋼種為傳統的3Cr2W8V鋼,由于其耐熱疲勞性較差,在熱擠壓模方面的應用將會逐漸減少,但在壓鑄模方面的應用較多,故在壓鑄模用鋼中對其作詳細介紹。

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        (2)鉻系熱作模具鋼鉻系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1和4Cr5 W2VSi。前兩種相當于美國的H11和H13鋼,4Cr5W2VSi則由4Cr5MoSiV鋼演變而來,由。w二2%代替二Mo=1%O。這三種鋼碳的質量分數均為5%左右,屬于中碳中鉻鋼。

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        這類鋼的共同特性是:


        ①因含鉻量較多,具有較高的淬透性,如厚度為150mm的4Cr5MoSiV1鋼件可油冷淬透。而且這類鋼的過冷奧氏體在400一600℃之間具有很高的穩定性,可長時間保溫而不轉變,因而適合于分級淬火。


        ②耐熱疲勞性較好,這是因為鉻、硅提高了鋼的抗氧化性,所以鉻系鋼較能適應急冷急熱的工作條件。


        ③回火穩定性較高,如4Cr5MoSiV, 4Cr5W2VSi鋼的淬火硬度分別在1070℃和1200℃左右淬火時達到最大值。然后回火,其硬度隨回火溫度升高而幾乎保持不變,并在500一550℃出現二次硬化峰值,以后則迅速下降。


        ④與鎢系熱作模具鋼相比,有較高的韌性,但高溫強度不足,耐熱性稍差,工作溫度一般不超過6501


        ⑤這類鋼所含碳化物種類及數量大致相同.因而過熱敏感性也大致相同。


        ⑥鉻系熱作模具鋼熱塑性較高,變形抗力小,鍛造開裂傾向性較小,但鍛造溫度范圍稍窄,必須嚴格控制鍛打溫度。

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        (3)鉻鑰系鋼及鉻鎢鑰系鋼這類鋼包括4Cr3Mo3SiV(H10)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、3Cr3Mo3W2V(HMI)、5Cr4W5Mo2V(RM2)、4Cr3 Mo3 W4 VNb(GR)等。

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        下面簡要介紹部分鋼種的性能特點與應用

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        1)3Cr3 Mo3 VNb(HM3)鋼:此鋼特點是含碳量較低,并加人少量鑰,故具有較高的耐熱疲勞性和強韌性,回火穩定性好,其他工藝性能也均優異。適于制造強烈水冷的壓力機成形模、輥鍛模、小型錘鍛模等,其工作壽命明顯高于5CrNiMo,4Cr5W2VSi, 3Cr2W8V鋼制造的模具。

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        2) 5Cr4W5Mo2V (RM2)鋼:該鋼碳的質量分數為0.5%左右,合金元素總質量分數為12%,使用狀態含碳化物較多,其中以M6C為主。因此,該鋼具有較高的回火抗力及熱穩定性,在硬度50HRC時的熱穩定性可達700cC,抗磨損性能也好。適于制作小截面熱擠、高速鍛模及輥鍛模具。

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        3) 4Cr3Mo2W4VTiNb (GR)鋼:該鋼是在鎢鑰系熱作模具鋼中加人少量妮,而獲得高回火穩定性和高的熱強性。其耐熱疲勞性、熱穩定性、耐磨性及高溫強度明顯高于3Cr2W8V鋼。該鋼經1160一1200℃油淬,630一600℃回火2次,每次lh的處理,其硬度可達50一55HRC,抗拉強度可達188OMPa,沖擊韌度為17J/cm2。該鋼的淬透性、冷熱加工性均好,適于制造熱徽、精鍛、高速鍛等熱鍛模具。

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        4)基體鋼基體鋼中有多個鋼種可以兼作冷作模具用鋼和熱作模具用鋼,如6W8Cr4VTi (LM1 ), 6Cr5Mo3W2VSiTi (LM2)和6Cr4Mo3Ni2WV (CG-2)等,其中5Cr4Mo3SiMnVAI (012A1)鋼較多地用于熱擠壓模具,如軸承熱擠壓沖頭、傳動桿熱徽模等,其使用壽命比傳統熱作模具鋼3Cr2W8V有較大幅度的提高。

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        3.熱擠壓模具及中、小型機鍛模的材料選用

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        選擇熱擠壓模具加工材料時,主要應根據被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定,其次也應考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素,以提高模具的使用壽命。表3一所示為熱擠壓模具加工材料的選用情況。中、小型機鍛模具的選材主要考慮鍛壓材料種類和生產批量,其次也要考慮模具尺寸、變形速度和潤滑條件對模具壽命的影響。

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        4.熱擠壓模及中、小機鍛模的熱處理

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        這類模具的制造工藝路線一般為:下料*鍛造、預先熱處理*機械加工成形,淬、回火、精加工。

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        下面分析各熱加工工序的工藝特點。

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        (1)鍛造工藝熱擠壓模及中、小機鍛模用鋼多為高合金鋼,所以模坯需經良好的鍛造,尤其是含鋁的熱作模具鋼,要注意鍛造加熱溫度和保溫時間的控制,以避免嚴重脫碳導致模具早期失效。

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        (2)預備熱處理

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        1)退火。熱擠壓模具中、小機鍛模的退火工藝主要在于正確地選擇退火溫度,保持充分的保溫時間,并以合適的冷卻速度冷卻。另外,為了確保良好的耐磨性,在淬火后需保留一定數量的碳化物,由于碳化物的形狀對鋼的韌性有很大影響,因此還應注意退火后的碳化物形狀。一般希望獲得圓而細小的碳化物。

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        2)高溫調質。為了使鍛后毛坯的力學性能(特別是斷裂韌度)得到改善,常常采用鍛后調質的方法進行毛坯的預處理。此種熱處理方法是將鍛后的模具毛坯加熱到高溫淬火,再經高溫回火。


        經此處理,可使碳化物均勻分布,且形狀圓而細小,不僅改善了鋼的性能,而且還縮短了預處理周期。調質處理的淬火加熱溫度可根據不同的鋼種而定,如3Cr3Mo3 W2V鋼為120090,同常規淬火溫度相近。高溫回火溫度一般在700一750℃之間。

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        3)鍛后正火。對于鍛后出現明顯沿晶鏈狀碳化物的模坯,須正火予以消除后再進行球化退火。因為這種鏈狀碳化物直接退火是難以消除的。

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        4)淬、回火對于常用熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼,選擇淬火溫度時,主要考慮的是奧氏體晶粒尺寸的大小和沖擊韌度的高低,其次還要考慮模具的工作條件、結構形狀、失效形式對性能的要求。

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        對于悴火保溫時間的選擇,主要考慮要能完成組織轉變,使碳及合金元素充分固溶,以保證獲得高的回火抗力及熱硬性。淬火保溫時間系數一般鹽浴爐取0.5一1 min/mm,尺寸愈小系數愈大。

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        熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼屬于高合金鋼,淬透性較好,淬火冷卻可采用油冷,也可采用空冷。對要求變形小的模具還可采用等溫淬火或分級淬火?;鼗鸸に嚨恼_與否,對模具的失效形式有很重要的作用。選擇回火溫度的原則是,在不影響模具抗脆斷能力的前提下,盡可能提高模具的硬度,這需要根據模具的具體失效形式來確定回火參數。淬火后的模具都應盡快進行回火,特別是形狀復雜的模具,當模面溫度低于80℃時,回火就得進行。為了避免殘留應力的產生,在回火加熱和冷卻時都應緩慢進行?;鼗鹨话氵M行兩次,回火時間可按3min/mm計算,但不應低于2h。第二次回火溫度可比第一次低10一20CC。


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