Cr4W2MoV钢制冷镦凹模热处理工艺改进

Cr4W2MoV钢制冷镦凹模热处理工艺改进 Improvement of Heat Treatment Technology of Cold-forging Dies Made of Cr4W2MoV Steel 周立荣, 彭澎, 廖丕博 (昆明理工大学 机电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院, 云南 昆明 650093) 摘　要: 通过对 Cr4W2MoV 钢制冷镦凹模采用形变正火处理+ 等温球化退火+ 高温淬火、高温回火+ 硫、碳、氮三 元共渗的复合强韧化处理新工艺,可在提高模具基体强韧性的基础上, 同时增加了模具型腔 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面层的硬度和耐磨性, 可 有效地提高模具的使用寿命。 关键词: 冷镦模; 硫碳氮共渗; 复合强韧化; 模具寿命 中图分类号: T G162. 4　　　文献标识码: B　　　文章编号: 1001-3814( 2004) 08-0064-01 �　 Cr4W2MoV 钢是针对 Cr 12型钢的缺点而研制的 钢种,含铬量减少 2/ 3, 含合金元素降低 1/ 3,其成分介 于莱氏体型与过共析型之间,大规格( �100～150)钢材 的碳化物不均匀度仅相当于 Cr 12系的 1～2级。由于 含有较多的钨及钼,形成了 M 6C、MC 型碳化物,使其 具有良好的耐磨性和二次硬化能力。 冷镦凹模的型腔承受冲击胀力, 因而在凹模体内 产生冲击性的切向拉应力, 型腔表面承受强烈的摩擦 和压力。若型腔形状复杂,则会在其尺寸变化部位产生 应力集中,使该处的拉应力剧烈增高而成为危险点。此 外,在型腔壁上一旦出现磨损沟痕,也会引起应力集中 而成为开裂源。因此,冷镦凹模除应具备高硬度、高强 度和高的耐磨性外,还必须具备足够的冲击韧度, 以增 强模具在冲击载荷下的断裂抗力和疲劳抗力。 1　普通的热处理工艺及应用效果 低温淬火低温回火工艺见图 1( a)。在低于 990℃ 淬火时, Cr 4W2M oV 钢能固溶的碳化物主要为 M 23 C6, 而 M 6C、MC 固溶较少,钢中仍残留有 6%～9%的 碳化物。热处理后的组织为细针状马氏体+ 碳化物+ 约 10%的残留奥氏体, 晶粒度为 10～12级, 硬度 60～ 62 HRC, K IC和 �K 值较低,冷镦凹模的寿命不高,失效 形式为脆断和龟裂。 图 1　Cr4W2MoV 钢制冷镦凹模的普通热处理工艺 高温淬火高温回火工艺见图 1( b)。高于 1 000℃ 淬火时, M 23C6、M 6C 和 MC 都可溶于奥氏体中。淬火 后的组织为板条状马氏体+ 针状马氏体+ 约 20%的 残留奥氏体, 晶粒度为 8～10级,高温回火后, 有较高 的 K IC和 �K 值, 但硬度仅为 57～59 HRC, 模具在使用 中呈拉毛和磨损失效,寿命也不高。 2　复合强韧化处理工艺及应用效果 复合强韧化处理工艺由形变余热正火处理+ 等温 球化退火+ 高温淬火高温回火+ S-C-N 三元共渗等几 部分工序组成,如图 2、图 3所示。 图 2　Cr4W2M oV 钢冷镦凹模复合强韧化处理工艺曲线 图 3　离子硫碳氮共渗工艺 Cr 4W2M oV 钢锻造温度范围较窄( 150～180℃) , 要求严格执行锻造温度规范,并采用二轻一重和十字 形锻造法进行锻造,预热要透,加热时要勤翻动, 始锻 时要轻击, 900～1 000℃时可重击, 接近终锻时也应轻 击。模坯终锻后利用余热直接置于 960℃炉内,保温 1 ～1. 5 h 后空冷。 模具离子硫碳氮共渗在 HLD-50型辉光离渗氮炉 中进行。气源为氨气和酒精与二硫化碳混合气(酒精与 二硫化碳之比为 2∶1) ,氨和混合气通入量之比为 20 ∶1～25∶1,由负压吸入。为获得良好(下转第 67页) 64 　　　　APPLICATION Hot Working Technology　2004 No. 8 � 收稿日期: 2004-03-05 作者简介:周立荣( 1975-) ,男,江西乐安人,在读硕士。 3　焊接接头的组织、性能 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 从图 1看出, T C4钛合金基材原始组织( �+ �)和 焊缝基材组织存在明显差别。经T IG熔焊和消除应力 退火后,焊缝为长针状组织,并存在明显的晶界 �, 见图 1( b) , 这些晶界 �是熔焊过程中合金从高温快速冷却 时保留下来的。 图 1　TC4 钛合金基材( a)、焊缝( b)的显微组织　×100 表 3为 T C4钛合金基材和焊接接头的室温拉伸 和冲击性能。可看出,热轧板填充焊焊接接头强度与基 材接近,约在 900～920 MPa 强度水平, 并保持较高的 塑韧性。这表明填充 TC3( T i-5Al-4V)焊丝及所采用 的焊接工艺是比较合适的。 表 3　TC4 板材 TIG焊接接头室温力学性能 焊接接头 基材 �b /M Pa�0. 2/ MPa �5( % ) �k / J·cm-2 �b / MPa �0. 2/ MPa�5( % ) �k/ J·cm-2 910 908 920 860 860 862 8 9 10 78 78 79 920 920 925 890 888 885 11 12 10 92 92 90 　　图 2示出 T C4钛合金焊接接头冲击断口的断裂 特征及裂纹扩展特征。可看出,焊接接头的冲击断裂主 要表现为塑性断裂; 冲击断裂裂纹是沿着 �晶界面、� 域界或 �片间扩展。 ( a)断裂特征　×80 (b )裂纹沿�晶界扩展　×1 250 图 2　T C4 合金焊接接头冲击断口形貌 (上接第 64页)的渗层组织,必须控制 CS2通入量, 过 高时渗层含硫过高,脆性增大,易产生剥落,并阻碍碳、 氮的渗入,使渗入速度减慢。 模具三元共渗采用分段处理,先对模具进行渗氮 处理,再通入酒精与CS2混合气进行三元共渗。硫化物 是低硬度、性脆的物质, 虽可起减磨润滑作用,但和基 体的结合较差,容易磨耗,只有在高硬度的基体上附以 硫化物层,才能充分发挥硫化物的减磨润滑作用。同 时,过量的硫化物将阻碍碳和氮的渗入,使渗速减慢。 采用先渗氮处理, 在形成高硬度的渗氮层后,再进行三 元共渗处理, 所形成的硫化物层,可更好地提高模具的 耐磨性和抗咬合性。冷镦凹模的渗氮及三元共渗的时 间超过 6 h时,脉状组织严重,脆性较大,渗层较易剥 落。在处理时间为 3～4. 5 h时,模具具有最长的使用 寿命。因而采用 2～3 h 渗氮和 1～1. 5 h 共渗处理工 艺是较为合适的。共渗后基体硬度为57～59 HRC, 表 面硬度为 980～1 000HV。 经按图 2、图 3工艺进行复合强韧化处理后,碳化 物匀细,基体强韧性高, 表面抗擦伤、抗咬合及抗疲劳 等性能优良。表 1为强韧化处理后的性能。经复合强 表 1　Cr4W2MoV钢复合强韧处理后的性能 抗弯强度 / MPa 扭转强度 / MPa �k / J·cm K Ic/ MPa·mm1/ 2基体硬度HRC 表面硬度HV 3640～3750 2420～2520 55～65 553～657 57～59 980～1000 韧化处理的模具寿命比按图 1所示工艺处理的可提高 2～3倍。 (上接第 65页) 图 3　手动压紧自锁装置 1-调节螺钉; 2-摇杆; 3-手柄; 4-连杆; 5-支座 块之间的距离,使之满足零件图纸要求。然后把加工好 的型材放在模板上, 根据型材厚度调节压紧自锁装置 上螺栓的高度,压紧固定后便可以组焊。零件组焊完成 后,再根据别的零件形状尺寸,重新拼装。 经过几年来的使用,组合焊接模具可调节出小于 模板本身尺寸的任意一种形状尺寸, 组焊后变形小, 外 形尺寸准确, 满足我公司产品中框架类零件的图纸设 计要求。此模具投资小,制造成本低, 利用率高, 使用方 便,节约大量的模具制造费用,降低了成本。此模具适 合于框架类零件较多的中小型企业, 有一定的推广应 用价值。 67《热加工工艺》　2004年第 8期 生产技术与应用