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模具鋼百科
金屬模具材料淬火的新技術
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-06-28 | 201 次瀏覽 | 分享到:
金屬模具材料淬火的新技術
  金屬模具材料淬火的新技術
  模具鋼
  在長期的生產實踐和科學實驗中,人們對金屬內部微觀結構變化規律的認識不斷加深,特別是自20世紀60年代以來,隨著透射電子顯微鏡和電子衍射技術的應用以及各種測試技術的不斷完善,在馬氏體形態、亞結構及其與力學性能的關系、獲得不同形態和亞結構馬氏體的條件以及第二相形態、尺寸、數量和分布對力學性能的影響等方面取得了很大進展。
  
  (一)循環快速加熱淬火
  
  調質鋼的強度與奧氏體晶粒度有關。粒度越細,強度越高。因此,如何獲得高于10級晶粒度的超細晶粒度是提高鋼材強度的重要途徑之一。α → γ → α相變再結晶后,鋼的晶??梢赃B續細化。提高加熱速度和增加結晶中心也可以細化晶粒。循環快速加熱淬火是根據這一原理獲得超細晶粒的新技術。例如,45鋼可在815℃的鉛浴中加熱淬火4-5次,可將奧氏體晶粒從6級細化到12-15級;另一個例子是20CrNi9Mo鋼,用3000 Hz和200 kW中頻感應加熱裝置以11℃/s的速度加熱到760℃,然后用水淬火,使σs從960MN/m2增加到1215MN/m2,氣體從1107MN/m2增加到1274MN/m2,延伸率保持在18%不變。
  
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  與正常淬火溫度相比,高溫體系可以獲得板條馬氏體或增加板條馬氏體的數量,從而獲得良好的綜合性能。
  
  奧氏體含碳量與馬氏體形態關系的實驗表明,所有含碳量小于0.3%的淬火鋼都是板條馬氏體。然而,普通低碳鋼的淬透性非常差。為了獲得馬氏體,除了合金化以提高過冷奧氏體的穩定性外,只有提高奧氏體化溫度和強化淬火冷卻才能實現。例如,用16Mn鋼制造五鏵犁的犁臂,在10%的氫氧化鈉水溶液中于940℃淬火,低溫回火可獲得良好的效果。
  
  中碳鋼的奧氏體成分可通過高溫淬火得到均勻化,并可獲得更多的條狀馬氏體以提高其綜合性能。例如,870℃淬火、200℃回火的AISl4340鋼,σs為1621MN/m2,斷裂韌性Kc為67.6MN/m,而在1200℃加熱、預冷至870℃并在200℃回火時,σs為1586MN/m2,斷裂韌性Kc為81.8 Mn/m,與普通淬火相比,高溫淬火的斷裂韌性幾乎提高了一倍。金相分析表明,高溫淬火避免了片狀馬氏體(孿晶馬氏體)的出現,獲得了全部片狀馬氏體。此外,在馬氏體板條外包裹一層厚度為100-200 ppm的殘余奧氏體,可以緩沖裂紋尖端的應力集中,從而提高斷裂韌性。
  
  (三)高碳鋼的低溫、快速和短時加熱和淬火
  
  通常,高碳鋼零件具有高強度,但在低溫回火條件下具有低韌性和塑性。為了改善這些性能,目前已經采用了一些特殊的新工藝。
  
  高碳低合金鋼加熱迅速且時間短。因為高碳低合金鋼的淬火溫度通常僅略高于Ac1點,所以通過延長時間可以實現碳化物的溶解和奧氏體的均勻化。如果采用快速短時加熱,奧氏體中碳含量低,韌性提高。如T10V鋼鑿巖機活塞在720℃預熱16分鐘,在850℃鹽浴淬火8分鐘,在220℃回火72分鐘,使用壽命從500米提高到0米。如前所述,高合金工具鋼的淬火溫度通常遠高于Ac1點。淬火溫度降低,奧氏體中碳含量和合金元素含量降低,韌性提高。例如,用W18Cr4V高速鋼作為象棋工具,在1190℃淬火,其強度和耐磨性比其他冷加工模具鋼高,韌性也較好。
  
 ?。ㄋ?亞共析鋼的亞溫淬火
  
  亞共析鋼在AC1和AC3溫度之間的加熱淬火稱為亞溫淬火,即在低于正常淬火溫度的溫度下淬火。其目的是提高沖擊韌性,降低冷脆轉變溫度和回火脆性傾向。930℃淬火、650℃回火和800℃亞溫淬火后,韌性隨回火溫度的升高單調增加,沒有回火脆性。亞溫淬火可以提高韌性,消除回火脆性的原因。有人認為這主要是由于殘余的鐵素體,它使脆性雜質原子磷,銻等。富含鐵索體。有人研究了45、40Cr和60Si2鋼直接亞溫淬火(不作為中間處理的再加熱淬火)時淬火溫度對力學性能的影響,發現Ac1和Ac3之間的淬火溫度對力學性能影響最大。在Ac3以下5 ~ 10℃淬火時,硬度、強度和沖擊值達到最大值,略高于正常淬火。而當淬火溫度略高于Ac1時,沖擊值最低。認為這可能是由于淬火組織中存在大量鐵素體和高碳馬氏體所致。
  
  顯然,亞溫淬火對提高韌性和消除回火脆性具有特殊意義。它可以在預淬火后進行,也可以直接進行。實驗數據不充分,關于淬火溫度應該有多高的觀點也不完全一致。但是,為了保證足夠的強度并使殘留的鐵索體均勻細小,亞溫淬火溫度應略低于Ac1。
  
  等溫淬火的發展
  
  近年來的大量實踐證明,在相同的硬度或強度下,等溫淬火的韌性和斷裂韌性高于低溫淬火和回火。因此,人們對如何獲得下貝氏體組織進行了大量的研究,并開發了許多等溫淬火方法,現簡要介紹如下:
  
  1.預冷和等溫淬火
  
  該方法采用兩種不同溫度的鹽浴。工件加熱后,先在較低溫度的鹽浴中冷卻,然后轉移到等溫淬火槽中進行下貝氏體轉變;拿出來,空氣冷卻。該方法適用于淬透性差或尺寸大的工件,采用低溫鹽浴預冷,提高冷卻速度,避免高溫冷卻時部分珠光體或上貝氏體轉變。例如,由(0.5 ~ 0.5)% C和0.5% Mn鋼制成的3毫米厚的收割機刀片的硬度不能滿足普通等溫淬火的要求,但可以通過首先在250℃鹽浴中冷卻30秒,然后移動到320℃鹽浴中30分鐘來滿足要求。
  
 ?、差A淬火等溫淬火
  
  將加熱后的工件在低于Ms點的熱浴中淬火,獲得10%的馬氏體,然后移入等溫淬火槽中進行等溫下貝氏體相變,取出空冷,然后根據性能要求進行適當的低溫回火。當預淬火中獲得的馬氏體量小時,可能無法進行回火。
  
  在該方法中,通過利用通過預淬火獲得的馬氏體的催化作用,縮短了貝氏體等溫轉變所需的時間。因此,該方法適用于合金工具鋼下貝氏體等溫轉變需要較長時間的情況。在等溫轉變過程中,通過預淬火獲得的馬氏體被回火。
  
  3.分級等溫淬火
  
  在下貝氏體等溫轉變之前,一級(或二級)冷卻過程在中溫區進行。該工藝能降低熱應力和組織應力,工件變形和開裂傾向小,同時能保持強度和塑性的良好結合,適用于高合金鋼(如高速鋼等)的熱處理。)具有復雜形狀的工具。
  
  (五)其他淬火方法
  
  此外,還有一種液氮淬火方法,即工件在-196℃直接淬火成液氮。由于液氮的汽化潛熱很小,只有水的十分之一,工件淬火成液氮后立即被氣體包圍,沒有普通淬火介質冷卻的三個階段,所以變形和開裂很少,冷卻速度是水的五倍。液氮淬火可以使馬氏體轉變相當完全,殘余奧氏體量很少,同時可以獲得較高的硬度、耐磨性和尺寸穩定性。但是成本很高,只適用于形狀復雜的零件。
  
  流化床淬火已被廣泛應用。由于其冷卻速度是可調的(相當于從空氣到油的冷卻能力),而且表面沒有形成蒸汽膜,工件冷卻均勻,變形小。因為冷卻速度可以在從空氣冷卻到油冷卻的范圍內調節,所以冷卻過程可以由程序控制。它可以代替間斷淬火和分級淬火工序,處理形狀復雜、變形要求嚴格的重要零件和工具。
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