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提高Cr12MoV等工具钢使用寿命的措施
作者:上海聚晋实业有限公司     点击:2002     发布时间:2011-08-24

Cr12MoV工模具钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢。该钢具有淬透性好、硬度高、耐磨、热处理变形小等优点,常用于制作承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具钢,用量相当大。但随着目前和冷挤压向高效、高速、高精度和自动化方向的发展,对模具的强度、韧性、耐磨性和热处理等提出了越来越高的要求,而该钢脆性大,模具过早断裂失效的现象常使其使用寿命受到影响,因此进一步研究热加工生产中对Cr12MoV性能影响的诸因素具有一定的实用价值。1、提高Cr12MoV工模具钢寿命的具体方法和措施(1)原材料改锻  Cr12MoV属于高碳高铬莱氏体钢,碳化物含量高,且常呈带状或网状不均匀分布,偏析严重,而常规热处理又很难改变碳化物偏析的状况,严重影响了钢的力学性能与模具的使用寿命,尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用比较大,往往成为疲劳断裂的发源地。为此,必须对原材料轧制钢材进行改锻,充分击碎其共晶碳化物,使其呈细小均匀分布,达到碳化物≤3级,纤维组织围绕型腔无定向分布,从而改善钢材的横向力学性能。锻坯的锻造比一般取2~3,加热可采用低温装炉,缓慢加热,二级预热(一级预热500~550℃,保温2~3h;二级预热800~900℃,保温1~2h),然后升温至加热温度1050~1160℃,锻造时对钢坯从不同方向进行多次镦粗和拔长,在坯料始锻时要轻击,防止断裂,在980~1020℃中间温度可重击,以保证击碎碳化物,在接近终锻温度约950℃时再度轻击,以防止出现内裂纹,温度低于850℃后不能锻造。锻后采用坑冷或箱冷等方式,以免因产生过大热应力面而引发裂纹。实践证明,对于中小尺寸规模的模具,通过改锻能有效的改善碳化物的形态、大小和分布,经后续热处理可获得较为理想的强韧性组织,从而提高模具的使用寿命。但当尺寸规模较大时,反复镦拨对改善碳化物偏析效果不大,还会导致变形的方向性和强韧性降低。(2)改进退火工艺:Cr12MoV钢锻造后常采用球化退火,以获得均匀细小的球状碳化物组织,降低硬度,改善切削加工性能,同时为后续的淬火做准备,改进后的球化退火工艺为:860~880℃,加热3~4h,冷到740~760℃再等温4~6h,炉冷到500~550℃出炉。评定碳化物等级时一定要严格,精密模具1~3级,一般模具1~4级。许多模具的性能差并不是淬火工艺不佳,而是锻造及球化退火工艺达不到要求所致。(3)改进淬火及回火工艺:Cr12MoV钢最终硬化处理分为一次硬化和二次硬化处理。一次硬化处理是指高温淬火(约1000℃)与低温回火(约200℃),二次硬化处理是指高温淬火(约1100℃)与高温回火(约500℃)。研究与实践表明,Cr12MoV钢经一次硬化处理后,硬度高(60~62HRC)、耐磨、晶粒细小。韧性好、淬火变形小,残留奥氏体量适度,是较佳的常规强韧化处理工艺。另外,Cr12MoV钢经800~850℃预热,1020~1050℃加热淬火,2次160~180℃低温回火,使用效果也较好。加工尺寸圆孔用冲头时常采用轧制圆钢,这类未经改锻件了采用500及800℃左右二级预热,1100~1150℃固溶处理,淬入热油或等温淬火,750℃高温回火,机加工后960℃加热油冷后进行最终热处理,也可使碳化物细化、棱角圆整化、晶粒细化。有资料研究提出,采用850℃预热、1030℃加热、280℃等温淬火、200℃回火的复相强韧化处理工艺,等温时可得到7%~10%的贝氏体和马氏体的复相组织,具有最佳的耐磨性和冲击韧性的搭配,能使自行车把头冷镦寿命由常规分级淬火的不足4万次提高到10~12万次。总之,如果淬火温度较高,Cr12MoV钢就会出现奥氏体晶粒较大,使随后淬火后的马氏体粗大,强韧性不足;如果淬火温度不足,碳化物不均匀的作用则显现出来,强度、韧性、耐磨性都会大大下降。由于Cr12MoV钢的热处理需要有良好的技术,在操作过程中应严格控制工艺过程,这样才能保证模具的质量。(4)增加深冷处理  深冷处理不仅能提高钢的强韧性,稳定模具尺寸,还能改善模具加工精度,挽救一些尺寸超负公差的零件。深冷加工处理工艺如下:第一,Cr12MoV钢经1030℃淬火,100℃回火,-160℃深冷处理2h,500℃回火两次,或者采用1060℃淬火,-196℃深冷处理和400℃回火,耐磨性能大幅度提高。有资料介绍用此方法处理过的M12螺母冷镦模寿命提高了5——6倍。第二,Cr12MoV钢经1100℃淬火、液氮深冷处理、520℃回火,耐磨性也能大大提高。(5)表面强化处理  模具处理要求基体具有足够高的强韧性外,还要求表面具有高硬度、耐磨、耐蚀和低的摩擦系数、抗疲劳性能等。这些性能的改善,单靠材料的整体热处理效果不明显,也不经济,而通过表面处理技术,改变模具表面的化学成分、组织结构及应力状态等,往往可以收到事半功倍的效果。模具的表面处理方法很多,新的处理技术也不断涌现,但对Cr12MoV钢模具而言,应用较多的主要有渗氮及多元复合渗、硬化模沉积技术等。由于受条件限制,这些技术实施起来比较困难与不经济。2、结语(1)Cr12MoV钢冷作模具应严格控制锻造工艺,这是模具强韧化的前提。(2)严格执行淬火和回火工艺,能充分发挥Cr12MoV材料强韧化的潜力,可有效提高模具的使用寿命。(3)增加深冷处理,能使Cr12MoV材料的耐磨性大大提高。(4)采用表面强化处理技术,能提高Cr12MoV硬度、耐磨/耐蚀和抗疲劳性能等。
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