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韧性热作模具钢的热处理技术要点

韧性热作模具钢的热处理技术要点

  高强韧性热作模具钢的特点是碳质量分数较低(0.3%~0.5%),含有较多的铬、钨、钼、钒、铌等碳化物形成元素。含铬量较高,其质量分数一般都在3%~5%。因此钢的抗氧化性及耐热性介于高韧性及高热强性热作模具钢之间,通常可称为中等耐热韧性钢。压铸模的失效分析表明,大多数的压铸模失效原因都是由于热处理不良引起的,所以压铸模的热处理是模具制造的关键技术之一,而淬火是其中最重要的工序。所以在许多热作模具上都广泛应用。 
         常用的钢种有:4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5W2SiV(914958)、3Cr3Mo3VN6(HM3)、60Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)、4Cr3Mo2MnVB(ER8)、5Cr4Mo3SiMnVAI(012A1)等。我国标准中应用最多且具代表性的钢号有4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等钢。我国压铸模材料普遍采用H13,3Cr2W8V已很少应用,经热处理和渗氮处理,大幅度提高了压铸模的寿命。
        4Cr5MoSiV1钢的合金含量比3Cr2W8V钢低,但抗冷热疲劳性能、韧性、塑性都比3Cr2W8V好,在制造压铸模工作零件时,可以取代3Cr2W8V钢。4Cr5MoSiV钢也是含Cr5%的系列热作模具钢的代表性钢号,这个系列中人们更熟悉H13,其实H11更早就纳入我国《合金工具钢》标准。其成分特点是合金配比合理且总量不高,与H13比较,Mo和V的含量低一些,性能特点基本相同,只是抗热疲劳和耐磨性稍低。与其他合金工具钢比较,显著优点是强韧性好,可以作为H13的替代钢种。  
        热处理工艺如下: 
        H13、H11钢退火:①普通退火:随炉升温加热到860~900℃后,保温2~4h,以30℃/h冷速冷到500℃以下出炉空冷。硬度≤229HBW。②等温球化退火:随炉升温加热到860~900℃后,保温2h,降温到740~760℃,等温4h左右,以30℃/h冷速冷到500℃以下出炉空冷,硬度≤229HBW。 
        淬火:H13最佳奥氏体化温度应选择比1020~1080℃,从1070℃加热开始,奥氏体晶粒开始明显长大。淬火加热应先经500℃、800℃两次预热,冷却可采用空冷、油冷,也可采用分级冷却。H11最佳奥氏体化温度应选择在1000~1040℃,淬火加热也应先经两次预热至透热,冷却可采用油冷,也可采用分级冷却,油冷淬火后硬度可达57~60HRC。对于要求热硬性为主的模具,应选取上限加热,对于要求韧性较好的模具,可选取中下限加热。
        回火:H13、H11钢的回火温度为550~650℃,回火应进行两次。在500℃回火出现二次硬化峰,硬度最高为55HRC左右,但韧性最差。两次回火一定要充分,两次回火之间零件要冷到室温。保温时时间按1h/25mm计算,每次不应少于4h。
         H13钢最常用的淬火冷却方法是分级淬火,在370℃左右的盐浴中冷却,直到模具零件各部位的温度均匀,然后取出空冷。冷却到80℃左右,要立即回火。大型复杂的铝合金压铸模工作零件采用分组淬火,可以获得最满意的使用寿命。盐浴淬火回火后应及时清理。
        清理和精加工以后的钢模具零件要在510~540℃加热进行去应力退火,按1h/25mm保温,在炉内自然冷却或空冷。这样一方面消除了应力,另一立面由于在氧化性的空气炉内加热,表面形成一层可起润滑作用的氧化膜,在模具工作时减少了液态金属对模具的侵蚀,可起到保护作用。
       在保证心部强度不降低的前提下,以低于回火温度进行过渗氮、低温氮碳共渗(盐浴渗氮、气体氮碳共渗)、离子渗氮,并达到去应力退火效果,可进一步强化,效果更好。有效渗氮层尝试以0.1~0.13mm为宜,过深容易引起尖锐边角处的崩裂,渗氮后的表面硬度可达1100~1300HV。模具维修后再作渗氮处理,可延长使用寿命。

编辑:日加金属制品(上海)有限公司技术部
题目:韧性热作模具钢的热处理技术要点
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