论文部分内容阅读
[摘 要]介绍以3Cr2W8V为材质的支架缸底模芯的强韧化热处理工艺方法在我公司的应用，说明模具制作的过程，并根据模具所要求的硬度和韧性性能等要求，介绍支架缸底模芯模具加工工艺流程及热处理工艺。
[关键词]3Cr2W8V 热锻模芯 强韧化处理 梯度加热工艺 模具寿命
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）46-0012-01
1.前言
锤锻模在工作过程中高温、高压、高冲击负荷的作用，模具型腔及模芯与高温金属坯料接触产生强烈的摩擦，使技术模具本身温度被加热至300～400℃，局部高达500～600℃，锻件取出后还要压缩空气进行冷却，如此受到反复加热与冷却，使模具型腔与模芯产生较大的热应力。因此模具失效的原因，大都集中在：模具尺寸磨损、产生纵向裂纹、横向裂纹、以及网状裂纹（龟裂）即所谓热疲劳裂纹而报废等几个方面。而模具制造工艺过程与热处理工艺方法直接决定了模具的质量及使用寿命，下面就以我公司3Cr2W8V为材质的热锻模支架立柱缸底模芯为例，介绍模芯的制造过程，并对热锻模的热处理工艺与实施要点进行分析。
2.支架立柱缸底模芯使用性能要求
缸底模芯在高温下通过冲击加压、强制金属成型。模具在工作过程中经受巨大的负荷，同时经受压应力、拉应力和附加弯曲应力，被锻金属在模具型腔内流动又产生强烈的摩擦力，模芯表面金属与高温金属极易产生热疲劳裂纹。模芯材料的选用必须具有高的淬透性以获得高的硬度和耐磨性，具有高的热疲劳抗力、抗氧化性和热强性以获得高的抗热烧蚀性，具有高的强度及良好的冲击韧性以获得高尺寸稳定性，同时便于切削加工，3Cr2W8V就满足了上述特点，其化学成分见表1.
3Cr2W8V为热作模具钢，化学成分中含有含有较多的碳化物合金元素Cr 、W 、V等，具有高的淬透性，同时具有较高的热疲劳性和高温机械性能，由于Cr 、W 、V成分又能阻碍马氏体组织的分解，使模具材料具有较高的耐磨性和抗回火稳定性。因此3Cr2W8V经加工与热处理后具有较好的热强性、耐磨性，用作制作缸底模芯具有良好的综合机械性及较长的使用寿命，用于代替5CrMnMo模芯具有良好的使用效果。
3.模具制造工艺路线
我公司支架缸底模芯的制造工艺路线→为锻造→退火→加工成型→两次淬火强韧化处理、回火。由于缸底模芯因形状简单硬度高不易加工，所以先加工然后淬火、回火。
3.1、毛坯制作（锻造）
3Cr2W8V热作锻模钢的组织和性能与合金调质钢有许多相似之处，属于过亚共析钢。为消除轧材组织的方向性、使其尽可能得到均匀的组织和性能，消除碳化物的偏析，以承受工作中的高应力和冲击，必须通过锻造破坏其碳化物骨架，以减少碳化物的不均匀性。我公司采用锻造方法进行毛坯制作。毛坯镦粗、拔长交替次数不少于3次，始锻温度1080～1120℃，终锻温度850℃～900℃，总锻造比不小于10，锻造后缓冷，以避免造成热应力和组织应力过大而引起锻件的开裂。
3.2、退火
模具钢经锻造后，钢的内部组织变成不稳定的结晶，硬度高切削困难，且此种状态的钢，内应力大，加工后容易变形和淬裂，机械性能差，为使碳化物结晶变成球化稳定组织须进行球化退火，目的细化组织、改善组织结构，利于机械加工和为最终热处理做好组织准备，表2为我公司3Cr2W8V球化退火工艺参数。
4.最终热处理
热锻模支架立柱缸底模芯为中型模具，技术要求模具硬度48～54HRC，心部硬度要求40～43HRC。目的保证模具表面层具有高的硬度与耐磨性，而心部具有较高的强韧性，从而防止模具的开裂失效。为使模具达到所要求的性能，模具表面清潔，无氧化脱碳和开裂，我们采取二次淬火强韧化处理，模具淬火加热时采用梯度加热方式进行加热，使模具得到充分预热后，再高温加热减少模具高温时间。在1130℃以上加热的目的使碳化物充分的溶解于奥氏体，以确保缸底模芯的热稳定性与强度。
公司常采用循环超细化处理工艺如第一次淬火处理（图1），工件采取550℃，900℃梯度加热，加热时间60分钟、40分钟，在1130℃保温20分钟。出炉后油冷，这样可使模具的表面和心部得到不同的淬火温度和不同的合金化程度，工件内外可获得不同的组织，淬火冷却到300℃左右及时进行720℃回火，回火目的在于保留较多的残余奥氏体，避免淬火开裂。
第二次淬火处理公司常采用循环超细化处理工艺如（图2），工件采取550℃，850℃梯度加热，加热时间60分钟、45分钟，在1050℃保温20分钟。出炉后在硝盐冷却到900℃，空冷30秒继续冷却到300℃，经400℃和600℃两次回火处理。
5.结语
通过两次加热淬火，增加形核率，抑制晶粒长大，回火后硬度较高，冲击韧性好，模具寿命大大提高。经上述工艺过程所制作的热锻模具有高的耐磨性，在工作温度下保持高的强度及良好的冲击韧性，良好的抗热烧蚀性（包括高的热疲劳抗力、抗氧化性和热强性）和抗热冲刷能力以及高的淬透性、良好的导热性。经两次淬火强韧化处理的缸底模芯使用寿命较高，在我公司模锻的生产过程取得较大经济效益。
作者简介：闫晓春（1978-），男，安徽省颍上县人，安徽淮海实业发展有限责任公司.
[关键词]3Cr2W8V 热锻模芯 强韧化处理 梯度加热工艺 模具寿命
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）46-0012-01
1.前言
锤锻模在工作过程中高温、高压、高冲击负荷的作用，模具型腔及模芯与高温金属坯料接触产生强烈的摩擦，使技术模具本身温度被加热至300～400℃，局部高达500～600℃，锻件取出后还要压缩空气进行冷却，如此受到反复加热与冷却，使模具型腔与模芯产生较大的热应力。因此模具失效的原因，大都集中在：模具尺寸磨损、产生纵向裂纹、横向裂纹、以及网状裂纹（龟裂）即所谓热疲劳裂纹而报废等几个方面。而模具制造工艺过程与热处理工艺方法直接决定了模具的质量及使用寿命，下面就以我公司3Cr2W8V为材质的热锻模支架立柱缸底模芯为例，介绍模芯的制造过程，并对热锻模的热处理工艺与实施要点进行分析。
2.支架立柱缸底模芯使用性能要求
缸底模芯在高温下通过冲击加压、强制金属成型。模具在工作过程中经受巨大的负荷，同时经受压应力、拉应力和附加弯曲应力，被锻金属在模具型腔内流动又产生强烈的摩擦力，模芯表面金属与高温金属极易产生热疲劳裂纹。模芯材料的选用必须具有高的淬透性以获得高的硬度和耐磨性，具有高的热疲劳抗力、抗氧化性和热强性以获得高的抗热烧蚀性，具有高的强度及良好的冲击韧性以获得高尺寸稳定性，同时便于切削加工，3Cr2W8V就满足了上述特点，其化学成分见表1.
3Cr2W8V为热作模具钢，化学成分中含有含有较多的碳化物合金元素Cr 、W 、V等，具有高的淬透性，同时具有较高的热疲劳性和高温机械性能，由于Cr 、W 、V成分又能阻碍马氏体组织的分解，使模具材料具有较高的耐磨性和抗回火稳定性。因此3Cr2W8V经加工与热处理后具有较好的热强性、耐磨性，用作制作缸底模芯具有良好的综合机械性及较长的使用寿命，用于代替5CrMnMo模芯具有良好的使用效果。
3.模具制造工艺路线
我公司支架缸底模芯的制造工艺路线→为锻造→退火→加工成型→两次淬火强韧化处理、回火。由于缸底模芯因形状简单硬度高不易加工，所以先加工然后淬火、回火。
3.1、毛坯制作（锻造）
3Cr2W8V热作锻模钢的组织和性能与合金调质钢有许多相似之处，属于过亚共析钢。为消除轧材组织的方向性、使其尽可能得到均匀的组织和性能，消除碳化物的偏析，以承受工作中的高应力和冲击，必须通过锻造破坏其碳化物骨架，以减少碳化物的不均匀性。我公司采用锻造方法进行毛坯制作。毛坯镦粗、拔长交替次数不少于3次，始锻温度1080～1120℃，终锻温度850℃～900℃，总锻造比不小于10，锻造后缓冷，以避免造成热应力和组织应力过大而引起锻件的开裂。
3.2、退火
模具钢经锻造后，钢的内部组织变成不稳定的结晶，硬度高切削困难，且此种状态的钢，内应力大，加工后容易变形和淬裂，机械性能差，为使碳化物结晶变成球化稳定组织须进行球化退火，目的细化组织、改善组织结构，利于机械加工和为最终热处理做好组织准备，表2为我公司3Cr2W8V球化退火工艺参数。
4.最终热处理
热锻模支架立柱缸底模芯为中型模具，技术要求模具硬度48～54HRC，心部硬度要求40～43HRC。目的保证模具表面层具有高的硬度与耐磨性，而心部具有较高的强韧性，从而防止模具的开裂失效。为使模具达到所要求的性能，模具表面清潔，无氧化脱碳和开裂，我们采取二次淬火强韧化处理，模具淬火加热时采用梯度加热方式进行加热，使模具得到充分预热后，再高温加热减少模具高温时间。在1130℃以上加热的目的使碳化物充分的溶解于奥氏体，以确保缸底模芯的热稳定性与强度。
公司常采用循环超细化处理工艺如第一次淬火处理（图1），工件采取550℃，900℃梯度加热，加热时间60分钟、40分钟，在1130℃保温20分钟。出炉后油冷，这样可使模具的表面和心部得到不同的淬火温度和不同的合金化程度，工件内外可获得不同的组织，淬火冷却到300℃左右及时进行720℃回火，回火目的在于保留较多的残余奥氏体，避免淬火开裂。
第二次淬火处理公司常采用循环超细化处理工艺如（图2），工件采取550℃，850℃梯度加热，加热时间60分钟、45分钟，在1050℃保温20分钟。出炉后在硝盐冷却到900℃，空冷30秒继续冷却到300℃，经400℃和600℃两次回火处理。
5.结语
通过两次加热淬火，增加形核率，抑制晶粒长大，回火后硬度较高，冲击韧性好，模具寿命大大提高。经上述工艺过程所制作的热锻模具有高的耐磨性，在工作温度下保持高的强度及良好的冲击韧性，良好的抗热烧蚀性（包括高的热疲劳抗力、抗氧化性和热强性）和抗热冲刷能力以及高的淬透性、良好的导热性。经两次淬火强韧化处理的缸底模芯使用寿命较高，在我公司模锻的生产过程取得较大经济效益。
作者简介：闫晓春（1978-），男，安徽省颍上县人，安徽淮海实业发展有限责任公司.