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低碳马氏体在模具生产中有哪些应用?
点击次数:498 发布时间:2017-04-14 返回

低碳马氏体在模具生产中有哪些应用?

模具用钢大多采用合金钢和高速钢,用碳素钢日渐减少。合金钢淬火后的组织主要是孪晶的、有些微裂纹、高碳针状或片状的马氏体。含碳量及合金含量越高,钢中不可避免会存在网状、带状和链状的碳化物,往往会导致模具在使用中脆断或早期失效。

 

由于亚结构是位错的低碳马氏体(也称板条马氏体)具有相当高的强度,很好的塑性和韧性,以及良好的冷加工性、可焊性及热处理畸变小等一系列优点,所以在模具工业中得到广泛的应用。以下以实例展现给读者,仅供参考。

 

 

3Cr2W8V钢制螺栓热锻模高温淬火

 

该钢用1050~1100℃常规淬火后,有约8%的未溶碳化物,马氏体的合金度较低,其稳定性和断裂韧度都不高。提高淬火温度至1180℃,可使奥氏体的合金度增加,获得以板条马氏体为主的金相组织,从而有效地解决了模具早期失效问题。

 

3Cr2W8V钢制M12×50的圆柱螺栓(材料为38Cr)热锻模,采用1180℃加热油淬,可得到90%(体积分数)以上的板条马氏体组织,580℃×4h×2次回火,使模具寿命由常规处理的3000~5000件提高到5万~6万件。

 

该钢用1180℃高温淬火制造的望远镜压铸模,模具寿命超过10万件。

 

 

5CrMnMo钢制冷挤压模高温淬火

 

用于挤压H62黄铜5CrMnMo钢冷挤压模具,硬度要求46~52HRC,用890~900℃高温加热油淬,290~310℃×4h×2次回火。金相组织为大量的板条马氏体+少量的片状马氏体,平均寿命为5000~6000件,较常规840℃淬火的模具提高两倍多。

 

用该钢制螺母冷敦模,将淬火温度提高到910~930℃,得到几乎是单一的低碳马氏体。200℃回火,使用寿命是Cr12MoV钢的2.6倍。

 

 

5CrNiMo钢制锤锻模高温淬火

 

5CrNiMo钢制480mm×450mm×295mm的热锻模,原工艺为860℃的油淬,500℃回火,硬度42HRC,锻打齿轮毛坯2500件时,锻模便发生塑性变形;现将淬火温度提高到900℃,油淬,获得以板条马氏体为主的金相组织,500℃回火硬度43HRC,锻打重要的齿轮毛坯8100件仍可继续使用。国内有的工厂将该模具的淬火温度提高到960℃,锻模的使用寿命较常规处理提高2.5倍。

 

 

45Cr2NiMoVSi钢大齿轮热锻模高温淬火

 

45Cr2NiMoVSi钢制10t锤热锻模,锻打75型拖拉机大齿轮,高温盐浴加热,1000~1050℃加热,冷却剂为40~80℃油,油冷至160~200℃出油空冷,硬度54~60HRC。型腔回火温度630~670℃,回火后硬度40~45HRC;燕尾回火为670~700℃,回火后硬度为34~39HRC。

 

由于获得板条马氏体组织,模具的使用寿命比德国进口的55CrNiMoV6钢(相当于5CrNiMo)模具提高50%。

 

 

4Cr5MoSiV1(H13)钢热挤压模

 

曾用3Cr2W8V钢制模,平均寿命仅为6000件,主要失效形式为磨损,采用H13钢高温淬火,模具的寿命达到18000~20000件。淬火加热温度由常规1020~1030℃提高到1080℃,560℃盐浴分级后进油中续冷,560℃×2h×2次硝盐回火,硬度54HRC。

 

盐浴高温淬火固然可以提高模具使用寿命,真空淬火同样可以获得满意的效果。H13钢制铝合金压铸模具1080℃真空加热淬火,真空回火采用660℃×2h+580℃×2h工艺,其疲劳强度比常规处理提高25%,寿命提高2~3倍。

 

 

20Cr钢低碳马氏体强烈淬火

 

20Cr制斜拉桥索节扣体热锻模,奥氏体化温度920~930℃,淬入10%NaCl(质量分数)水溶液,得到板条马氏体组织,180~200℃回火,硬度40~43HRC,满足使用要求,有些厂家淬火后不回火直接使用。低碳钢920~1000℃淬火将得到低碳马氏体的实例还有很多,不再赘述。

 

 

60Si2MnA钢制冷镦模高温淬火

 

用该钢制冷敦螺帽四序冲模920~950℃高温淬火,得到几乎是单一的低碳马氏体组织,有较高的断裂韧性、冲击刚韧度和优良的耐磨性,使用寿命比常规淬火模具提高两倍多。

 

 

5CrW2Si钢制冷剪刀强韧化处理

 

冷剪刀是常用的剪切工具,在使用中要承受大的冲击载荷和强烈的振动挤压,常发生压塌、崩刃和剥落,使用寿命较短。为此对原工艺进行了大胆改革,采用高温淬火,使用寿命提高2~3倍。

 

920~950℃加热油淬,250℃回火,得到以板条马氏体为主的金相组织,其强度和韧性均较好,冲击韧度比常规淬火提高53%。

 

 

CrWMn钢制手表凸模低温淬火

 

CrWMn钢制手表凸模按830~850℃常规淬火,模具的使用寿命始终不超过1万件,采用790℃低碳马氏体淬火,200℃回火,硬度58~60HRC,模具的刃磨寿命可达1万~2万次,总寿命达10万∼20万次,并且使用中不易发生崩刃及断裂现象,显示出极高的断裂抗力。

 

 

7Cr7Mo3V2Si(LD)制冷挤压模低温淬火

 

LD钢制冷挤凸模按1120∼1150℃常规淬火,寿命只有3000∼4000件,改用1050℃淬火,200℃回火,硬度60∼61HRC,获得板条马氏体+弥散碳化物组织,使用寿命提高到2万次。

 

 

Cr2MoV钢制模低温淬火

 

对于没有加热设备和因强韧性不足而引起早期失效的Cr2MoV钢模具采用低淬低回工艺可取得较好的效果。

 

低淬低回工艺常采用920∼950℃加热,淬油或硝盐,淬火后硬度≥61HRC,经180∼200℃回火后硬度≥58HRC,淬火后获得以板条马氏体为主的组织,淬火晶粒细小,因而明显提高了强韧性。

 

Cr2MoV钢制下科模,950℃油淬,180℃×3h×2次回火,硬度64HRC,变形符合工艺要求,使用寿命提高两倍。

 

该钢制壳体形成模,950℃油淬,200℃×4h回火,硬度59∼60HRC,平均冲压3万∼4万件,寿命比常规淬火提高得多。

 

 

9Cr6W3Mo2V2(GM)钢制模低温淬火

 

GM是我国自行研制的一种高硬度冷作模具钢,是制作精密、耐磨。高寿命冷作模具新钢种,属莱氏体钢。该钢具有较好的抵抗裂纹扩展的能力,其耐磨性能和韧性具有zui佳的匹配,韧性和强度均优于Cr12型钢和高速钢,是制作滚丝模的理想材料。常规处理的滚丝模适合加工调质件,如果加工件为退火件,采用低温淬火是很经济实惠的工艺,1070℃盐浴加热油淬,150℃×2h×2次油回火,硬度62∼63HRC,用低温淬火的GM钢滚丝模,在加工45钢、Q235A钢螺栓时,使用寿命较9SiCr、Cr12MoV、M2钢滚丝模提高2倍左右。

 

 

20Cr钢塑料模低碳马氏体强化处理

 

一些形状简单、变形要求不严的20Cr钢塑料模,运用低碳马氏体强化处理,得到满意的效果,处理工艺为880∼900℃加热,淬盐水,150∼180℃回火后硬度38∼45HRC。

 

 

低碳马氏体渗碳型塑料模具钢

 

低碳钢及低合金钢在塑料模具中的应用比较广泛,效果也比较明显。此类钢制成模具后,先进行表面渗碳,再进行淬火和低温回火,使表面得到高碳细针状回火马氏体+颗粒状碳化物+少量残留奥氏体;心部组织主要为低碳马氏体。从而保证了模具表面具有56∼62HRC的高硬度,而心部具有30∼45HRC的强韧性。实践证明,此工艺适用于制造各种耐磨性良好、形状复杂、承受载荷较高的塑料成模具。

 

 

低碳马氏体钢强韧性塑料模具钢

 

含碳量在0。15%∼0。25%(质量分数)的碳素钢和合金钢,可直接进行低碳马氏体强韧化处理,能够获得几乎是强韧性高的低碳马氏体组织。如果处理得当,可代替中碳钢调质处理、渗氮处理,制造各种塑料模具。建议使用食盐或硝盐水溶液或冷却性能更高的有机溶剂,淬火后低温回火。这一举措,显著缩短了模具制造周期,降低模具制造成本,提高了模具的使用寿命,深信将会在塑料模具热处理中得到广泛应用。

 

 

低碳马氏体时效硬化塑料模具钢

 

这类钢分为低碳马氏体时效硬化钢和低碳马氏体析出硬化钢两大类。低碳马氏体时效硬化钢有很高的屈强比、良好的切削加工性和焊接性能、热处理简单等优点。典型的钢种是超低碳18Ni钢系列,但由于18Ni价格昂贵,国内很少应用。

 

国内开发的06Ni6CrMoVTiAl(简称06钢),含C≤0.06%(质量分数)低碳低镍马氏体时效钢,850∼880℃固溶后水冷或油冷,500∼540℃×4∼8h时效。时效后的组织为低碳马氏体+析出强化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC、TiN,硬度为42∼45HRC,屈服强度达到1100∼1400MPa。

 

用06钢制作的收录机磁带盒模具,平均寿命达到110万次以上,是很有发展前途的钢种。

 

我国自行研制的25CrNi3MoAl和10Ni3MnCuAl(简称PMS)为低碳马氏体析出硬化钢,适用于制作变形率在0.05%以下、镜面要求很好的或表面要求光刻花纹的精密镜面塑料模具。

 

PMS钢经870℃固溶处理,510℃×4h时效处理,硬度40∼43HRC,抗拉强度1000∼1300MPa,金相组织为低碳马氏体基体分布着细小碳化物。

 

25CrNi3MoAl钢经830℃固溶处理,硬度可达50HRC,再经540℃×4h时效处理,硬度39∼42HRC,是多种镜面刻花模具理想的硬度范围。

 

还有很多低碳马氏体提高模具使用寿命的实例,不一一列举。从失效分析可知,好多模具往往是韧性不足而断裂,所以增强韧性不失为提高模具使用寿命的一种措施,低碳马氏体工艺方法实为切实可行的一种手段,应大力推广。

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