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火焰淬火技术及模具火焰淬火 HotMold.com 收集整理 欢迎转载 火焰淬火技术及模具火焰淬火 南阳市华骏电源技术有限公司(河南南阳 473006) 杨凌平 河南红阳机械厂技术中心 杨有才 【摘要】系统介绍了火焰加热表面淬火(文中简称为火焰淬火)技术,讨论了火焰淬火模具钢的基本特性; 阐述了 7CrSiMnMoV的火焰淬火工艺方法、力学性能及应用。 关键词 火焰淬火 模具 7CrSiMnM...

火焰淬火技术及模具火焰淬火
HotMold.com 收集整理 欢迎转载 火焰淬火技术及模具火焰淬火 南阳市华骏电源技术有限公司(河南南阳 473006) 杨凌平 河南红阳机械厂技术中心 杨有才 【摘要】系统介绍了火焰加热 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 面淬火(文中简称为火焰淬火)技术,讨论了火焰淬火模具钢的基本特性; 阐述了 7CrSiMnMoV的火焰淬火工艺方法、力学性能及应用。 关键词 火焰淬火 模具 7CrSiMnMoV 3.2 火焰淬火专用模具钢 70年代后期,适用于焰淬火工艺的专用模具钢在日本发展很快,如爱知制钢公司的 SX105V、SX4、 SX5;大同特钢公司的 G05和日立金属公司的 HMD-1、HMD-5等,我国也开发了一种适合国情的火焰淬 火专用模具钢 7CrSiMnMoV(又称 CH-1)。 这些火焰淬火专用模具钢的化学成分见表5。 表 5 火焰淬火专用模具钢的化学成份 主要化学成份(%) 钢 号 C Si Mn Cr Mo V 7CrSiMnMoV SX105 SX4 SX5 HMD-1 HMD-5 0.65~0.75 0.70 1.20~1.40 1.20~1.40 1.00~1.10 0.65~0.75 0.85~1.15 1.00 ≤0.40 ≤0.40 0.90~1.10 0.70~1.20 0.65~1.05 0.80 ≤0.50 ≤0.50 0.90~1.10 0.70~1.20 0.90~1.20 1.00 7.00~8.00 7.00~8.00 3.00~4.00 0.90~1.40 0.30~0.50 ≤0.50 — 0.80~1.20 0.40~0.70 ≤0.50 0.15~0.30 ≤0.30 — 0.20~0.50 0.10~0.20 ≤0.50 4 7CrSiMnMoV模具钢 4.1 7CrSiMnMoV的锻造 7CrSiMnMoV可塑性较好,可在 1150~1180℃下加热锻造,采用室式炉。在加热时,最好能在 700℃ 附近预热,以缩短工件在高温时的保温时间,使钢材表面烧损减到最小,停锻温度应大于 850℃,若用坯 料改锻时,则不应低于 800℃。由于淬透性好,锻(轧)态的表面硬度可超过 50HRC(空冷硬度),因此, 锻(轧)后应特别注意缓慢冷却。 对小尺寸的钢锭也可以采用轧制开坯,轧后坯料一定要注意缓冷,并组织立即退火。 4.2 7CrSiMnMoV的热处理 4.2.1 7CrSiMnMoV的退火 采用完全退火或不完全退火,均能获得所要求的退火硬度。退火应在有保护气氛的设备(或喷涂防氧 化涂料)进行,以防引起脱碳。常用的退火工艺是在 820~840℃下,均热保温后以大约 20~30℃/h的 冷却速度缓冷至 550℃左右,方可出炉空冷。若要求获得满意的粒状珠光体组织,可在 820~840℃加热保 温后缓冷至 680~700℃,等温保持 3~6h,随后再缓冷。 退火后的组织为粒状珠光体(P)+碳化物(Cm),退火硬度一般为 241~217HB,要获得较低的退 火硬度,关键是冷却速度的选择,冷却速度越慢,越易得到低的退火硬度。 4.2.2 7CrSiMnMoV的淬火 图7为 7CrSiMnMoV的奥氏体等温转变曲线(C曲线),由图7可知,与一般高碳低合金工具钢相比, 其珠光体转变有较长的孕育期(时间),具有某些空冷冷作模具钢相似的特性,这就是说 7CrSiMnMoV经 加热奥氏体化后,在空冷的情况下,比较容易地获得较多的马氏体,从而具有较高的硬度值。 7CrSiMnMoV 具有较好的淬透性,ф80mm 钢油淬时,距表面 30mm处的硬度还能达 60HRC,心部 与表面硬度差值为 3HRC,空冷时,硬度略低些,其心部与表层硬度差值为 4HRC。 24 h 10 h 5h 2h 1h 30 m in 10 m in 3m in 5m in 1m in 435 413 467 563 572 592 466 381 340 336 HV 0 0.5 1 10 102 103 104 105 M=211 A 75% 50% 50% 转变终了 P A+P Ac1=834 Ac3=834 100 200 300 400 500 600 700 800 900 原始状态:退火 奥氏体化:880℃ 20min 晶粒度:10.0 温 度 /℃ 图7 7CrSiMnMoV钢奥氏体等温转变曲线(880℃×20min) 试验钢成分/%:C0.68 Si 0.68,Si1.01,Mo0.35,Mn0.86,Cr0.90,V0.21) 由此可见,7CrSiMnMoV的奥氏体化温度可在 100~150℃范围内波动,而淬火后均能获得较好的综合 性能和表面硬度(60HRC以上见表6),宽的淬火温度范围便于用火焰喷嘴对其施以局部加热淬火作业 (可以 860~920℃为加热目标)。 表6 淬火温度与冷却方式对 7CrSiMnMoV钢硬度的影响 淬火温度/℃ 冷却方式 硬度 HRC 820 油冷 空气冷 47 27 840 油冷 空气冷 61 50 860 油冷 空气冷 62 59 880 油冷 空气冷 62 61 900 油冷 空气 63 61 920 油冷 空气冷 63 62 940 油冷 空气冷 64 63 4.3 7CrSiMnMoV的力学 性 能 冷 由图8可知,随淬火温度的提高,钢的淬火硬度随之增加,淬火温度超过 900℃时增加现象趋缓。继 续升高到 1050℃时,仍保持较高的硬度,但此时晶粒比较粗大。 820 860 900 940 淬火温度/℃ 40 50 60 70 硬 度 H R C 图8 影响 7CrSiMnMoV钢在加热时合金碳化物溶入奥氏体中,使奥氏体中有充分的碳和合金元素含量使钢的强 度、韧性提高,随着淬火温度提高,晶粒粗化,钢的强度有所降低,但仍能保持较高的韧性(见图9)。 4 8 12 16 200 2 0 300 350 5 60 65 HRC σbb αk 780 820 860 900 940 960 淬火温度/℃ α k/ J· cm -2 σ bb /M pa H R C 图9 7CrSiMnMoV 强度和韧性之间关系 7CrSiMnMoV淬火后具有良好的力学性能。 综上所述,7CrSiMnMoV是适合火焰加热表面淬火的模具 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ,且具有高的综合性能,可有效防止冷 作模具的崩刃现象发生。 4.4 7CrSiMnMoV的应用 对一些复杂的三维曲线模 或镶块模具,要求热处理变形小而施以加热局部淬火时,选用此钢是合适 的,它比中碳和高碳低合金模 钢(如CrWMn等)有较好的淬透性和淬火安全性以及良好的韧性和高 的耐磨性。因此,更广泛用于 具。同时由于其热处理变形小 量小和中等耐磨零件。 具 具 大 , 钢在不同淬火温度下经 200℃回火后的抗弯 型 且 淬火温度对 7CrSiMnMoV钢硬度的 镶块模具,可用于冲 具有高的韧性,也常 压 用 5 5 厚度小于或等于7mm钢板的模具和剪切下料模 于大动载荷工作的模具,或用于要求热处理变形 7CrSiMnMoV 还具有很好的堆焊性,在预热的情况下,可以对失效模具的型腔进行堆焊修补。 7CrSiMnMoV钢的主要用途是:下料模、成形模、拉伸模、冲裁模、剪刀刃、切纸刀、胶木模、轧辊、陶 土模以及机床导轨镶条等。 5 7CrSiMnMoV钢的火焰淬火 5.1 工艺与方法 模具施淬前,应在180~200℃预热1~1.5h,大型整体封闭型腔模具可用喷枪直接预热。 淬火加热火焰调节为氧化焰(或中性焰),内焰长度为10~15mm,氧压控制在0.5~0.7MP a;乙炔压力控制在0.05~0.07MPa。加热时,火焰内焰端部至工件表面距离为2~3mm, 距刃口边缘4~6mm,加热带宽度控制在8~12mm,对不同结构及尺寸的模具,加热方式及喷嘴选 择有所不同。 (1)对薄板(<2mm)冲裁模,加热方法如图10a所示,火焰加热刃口的竖直面,即模具沿冲 压方向的工作面,喷枪与竖直面成75°角。刃口部位加热温度凭目测控制在900~1000℃,当达 到目标温度的颜色时,保持这种颜色(火色)沿刃口慢慢移动。正确的温度应参考颜色温度表等仪器。绝 对不允许出现过热,甚至过烧(瞬时熔化)现象。喷嘴进给速度一般为160~200mm/min,这 是仅供参考的速度,在实际操作中,应当按目标加热温度所要求的速度进给。 75° 4~ 5 7 硬化层 2~ 3 硬化层 135° 2~3 2.5 2~3 (a) (b) 图10 火焰表面淬火加热方法示意图 a——单喷嘴 b——双喷嘴 在观察加热温度时,照明条件要好,这样目测温度不易出现大的偏差。在模具施淬前,最好先在模具 钢试样上试验,当具有充分掌握火色的感觉时,再对模具施淬,往往会取得良好效果。 采用空气冷却即可充分硬化,但当模具体积较小,如30×30mm以下时,由于整体温度提高,冷 却速度较慢,可以用刷油或浸油的方式进行冷却。淬火后应检查硬度,若硬度不足,可重新淬火。 (2)对于厚料(>2mm)冲裁模,为提高刃口强度,增加淬硬层深度,应选用双头喷嘴,对刃口 的上、下面同时进行淬火,如图10b所示。两个喷嘴相同,其相对位置和距淬火表面的距离均如图10 b所示,用双喷嘴淬火后的硬度分布见图11。 (3)对于弯曲模、拉伸模的火焰淬火,要求淬硬的往往是平面或曲面。其操作往往比沿刃口的线性 淬火要困难些。以日本产SX105V、SX4淬火时,从200℃左右温度下降时,会引起马氏体变态 而硬化,应用这个原理进行表面淬火就不会产生硬度不均现象。其方法是:首先把模具整体预热(用电炉 或大喷嘴)至300℃,然后选用较大的喷嘴,按图12所示的“编织”方式,纵横无遗漏地加热到淬火 温度后,浸入油槽中硬化。 淬火面距边缘的距离/mm 淬 火 面 距 边 缘 的 距 离 /m m 45.0 50.3 56.1 42.0 60.0 41.0 35.0 61.3 61.5 50.0 40.4 37.0 36.0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 61.0 43.1 39.5 61.7 51.6 41.0 35.5 61.8 61.3 58.5 58.0 44.5 38.0 38.0 35.0 61.5 61.0 60.5 60.5 60.3 55.0 46.8 41.0 40.5 39.0 61.5 61.5 60.3 60.8 60.5 60.5 56.0 50.5 46.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图11 用双头喷嘴火焰表面淬火后的断面硬度分布(HRC) 图12 大面积表面淬火加热方法 5.2 7CrSiMnMoV火焰淬火后的硬度分布及尺寸变化 (1)硬度分布。 单双头喷嘴按不同加 果如下: 热进 给速度,不同加热温度淬火后,在离刃口1~1.5mm处测定其硬度,结 在进行火焰淬火时,喷嘴不同的移动速度对模具表面淬火的硬度有一定影响。一般来说,移动速度较 快时,其淬火硬度较低。移动速度越慢,波动越小,硬度越高。在进行火焰淬火时,不同淬火温度和不同 加热方式对硬度的影响列于表7,由表可以看出,火焰表面淬火钢对淬火加热温度不十分敏感。温度在 850~950℃变动时,淬火硬度仅差 1~2HRC,双头喷嘴比单头喷嘴淬火硬度高1~2HRC,可见,若采用 7CrSiMnMoV专用钢,其表面淬火质量是容易保证的。 表7 火焰表面淬火的硬度分布 沿长度方向硬度分布 HRC 工艺参数 5mm 25 mm 45 mm 65 mm 85 mm 105 mm 125 mm 145 mm 单嘴 加热 温度:850~900℃ 速度:180mm/min 63 63 63 63.5 63.5 62 62 62 单嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:180mm/min 63 64 64 65 63.5 64.5 64 63.5 63 65 64.5 63.5 64 64 64.4 63 双嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:220mm/min 64 64 64.5 64 65 65 66 64 单嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:180mm/min 63 63 63 63 64 63.5 63.5 64 63 65 64.5 63.5 65 61 64.5 63 双嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:180mm/min 64 64 64.5 64 65 65 66 64 单嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:220mm/min 60 60 61.5 61 60 59.5 61 60 62.5 62 63 62.5 62 61 61 61 双嘴 加热 温度:900~950℃ 速度:220mm/min 62 62 62 63 62 63 62 62 注:试样长150mm (2)尺寸变化。 实验表明,7CrSiMnMoV采用火焰淬火的尺寸变形量一般小于采用整体淬火的变形量,尤其对于镶块 尺寸较大的模具。长度在300mm以内的镶块,无论是采用单喷嘴还是双喷嘴进行表面淬火,其相邻两 块之间的结合缝一般不超过0.15mm,这对由多镶块组合而成的各种大型修边模,为仿形一次加工成 型后防止淬火变形,保证尺寸精度,提供了保证。 5.3 7CrSiMnMoV火焰淬火后的力学性能 耐磨性是衡量模具使用寿命的一项重要指标。测定 7CrSiMnMoV钢火焰表面淬火后的耐磨性需做两项 试验。一项试验是在MM200磨损试验机上进行,对比试件共3种:7CrSiMnMoV、T10A、9Mn 2V。磨损试验条件是:载荷500N,转速200r/min,配磨材料为GCr15钢。试验进行4.2 h,累计转动约50000(r),磨擦行程约6000m。 模拟试验条件:试验冲模安装在JB-16冲床上,由10个蝶形弹簧形成3000N的摩擦正压力。 配磨材料为QT60-2,硬度为45~50HRC,JB冲床调整为连续冲压状态,频率为120次/ min,摩擦系数为10.8万次。 试验结果表明:7CrSiMnMoV钢火焰淬火的耐磨性高于T10A和9Mn2V钢,与7CrSiMn MoV整体淬火相近。尽管两种磨损试验与模具工作条件有较大差别,但仍可说明火焰淬火工艺与整体淬 火工艺对耐磨性能的影响不大。 5.4 7CrSiMnMoV火焰淬火应用实例 采用普通整体淬火的模具,由于凸模、凹模等工作零件经淬火后硬度很高,几乎不能再进行钻孔等加 工,故装配时往往经过多次拆装才能完成模具的总体装配。由于不可避免的热处理变形,使装配工作更加 困难。火焰加热表面淬火工艺可在模具淬硬前完成全部装配工作,火焰淬火后,模具即可投入使用,不必 再拆装。即使模具需要修改也十分容易,因为除刃口部位表面淬硬外,其余部位并未淬硬,仍可进行钻孔、 铰孔等加工,这些优点对于汽车覆盖件一类大型模具的制造非常有利,既节省了大量工时,又保证了模具 的精度。 应用 7CrSiMnMoV等专用火焰淬火模具钢采用火焰淬火工艺,不仅适用于汽车覆盖件类的大型模具, 制造一般各类冷作模具也同样起到提高生产效率、降低成本的作用。对于冲模,采用 7CrSiMnMoV钢和火 焰表面淬火工艺,由于耐磨性提高,比用T8A、T10A、45钢制造模具寿命一般提高1~3倍。 各种塑料模、橡胶模,原来采用45钢制造,由于整体淬火易变形,一般不淬火。采用7CrSiM nMoV制造,装配后火焰淬火,延长了模具的使用寿命。 参 考 文 献 1 安正昆.钢铁热处理[M]. 北京:机械工业出版社,1985. 2 模具实用技术丛书编委会. 模具精饰加工及表面强化技术[M].北京:机械工业出版社,1999. 3 徐进等.模具钢[M].北京:冶金工业出版社,1998. 4 [日]不二越热处理研究所.热处理须知(上)[M].北京:机械工业出版社,1988. 5 李泉华.热处理实用技术[M].北京:机械工业出版社,2000. (全文完)
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