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模具鋼百科
高強韌性熱作模具鋼的熱處理介紹
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2019-12-03 | 345 次瀏覽 | 分享到:
高強韌性熱作模具鋼的特點是碳質量分數較低(0.3%~0.5%),含有較多的鉻、鎢、鉬、釩、鈮等碳化物形成元素。含鉻量較高,其質量分數一般都在3%~5%。因此鋼的抗氧化性及耐熱性介于高韌性及高熱強性熱作模具鋼之間,通??煞Q為中等耐熱韌性鋼。所以在許多熱作模具上都廣泛應用。
  高強韌性熱作模具鋼的特點是碳質量分數較低(0.3%~0.5%),含有較多的鉻、鎢、鉬、釩、鈮等碳化物形成元素。含鉻量較高,其質量分數一般都在3%~5%。因此鋼的抗氧化性及耐熱性介于高韌性及高熱強性熱作模具鋼之間,通??煞Q為中等耐熱韌性鋼。所以在許多熱作模具上都廣泛應用。
模具鋼  
  常用的鋼種有:4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5W2SiV(914958)、3Cr3Mo3VN6(HM3)、60Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)、4Cr3Mo2MnVB(ER8)、5Cr4Mo3SiMnVAI(012A1)等。我國標準中應用最多且具代表性的鋼號有4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等鋼。我國壓鑄模材料普遍采用H13,3Cr2W8V已很少應用,經熱處理和滲氮處理,大幅度提高了壓鑄模的壽命。
  
  4Cr5MoSiV1(H13)鋼與4Cr5MoSiV(H11)鋼
  
  4Cr5MoSiV1鋼的合金含量比3Cr2W8V鋼低,但抗冷熱疲勞性能、韌性、塑性都比3Cr2W8V好,在制造壓鑄模工作零件時,可以取代3Cr2W8V鋼。4Cr5MoSiV鋼也是含Cr5%的系列熱作模具鋼的代表性鋼號,這個系列中人們更熟悉H13,其實H11更早就納入我國《合金工具鋼》標準。其成分特點是合金配比合理且總量不高,與H13比較,Mo和V的含量低一些,性能特點基本相同,只是抗熱疲勞和耐磨性稍低。與其他合金工具鋼比較,顯著優點是強韌性好,可以作為H13的替代鋼種。
  
  市場上供應的4Cr5MoSiV1鋼或H13鋼的鋼材或模坯,在鋼廠都經過了良好的鍛造或軋制以及熱處理,保證了具有良好的金相組織,適當的硬度,良好的可加工性,因此原材料不必在制造廠再進行了退火處理。但制造廠將之改鍛成毛坯后,破壞了原來的組織和性能,必須重新退火。壓鑄模的失效分析表明,大多數的壓鑄模失效原因都是由于熱處理不良引起的,所以壓鑄模的熱處理是模具制造的關鍵技術之一,而淬火是其中最重要的工序。
  
  熱處理工藝如下:
  
  H13、H11鋼退火:①普通退火:隨爐升溫加熱到860~900℃后,保溫2~4h,以30℃/h冷速冷到500℃以下出爐空冷。硬度≤229HBW。②等溫球化退火:隨爐升溫加熱到860~900℃后,保溫2h,降溫到740~760℃,等溫4h左右,以30℃/h冷速冷到500℃以下出爐空冷,硬度≤229HBW。
  
  淬火:H13最佳奧氏體化溫度應選擇比1020~1080℃,從1070℃加熱開始,奧氏體晶粒開始明顯長大。淬火加熱應先經500℃、800℃兩次預熱,冷卻可采用空冷、油冷,也可采用分級冷卻。H11最佳奧氏體化溫度應選擇在1000~1040℃,淬火加熱也應先經兩次預熱至透熱,冷卻可采用油冷,也可采用分級冷卻,油冷淬火后硬度可達57~60HRC。對于要求熱硬性為主的模具,應選取上限加熱,對于要求韌性較好的模具,可選取中下限加熱。
  
  回火:H13、H11鋼的回火溫度為550~650℃,回火應進行兩次。在500℃回火出現二次硬化峰,硬度最高為55HRC左右,但韌性最差。兩次回火一定要充分,兩次回火之間零件要冷到室溫。保溫時時間按1h/25mm計算,每次不應少于4h。
  
  H13鋼最常用的淬火冷卻方法是分級淬火,在370℃左右的鹽浴中冷卻,直到模具零件各部位的溫度均勻,然后取出空冷。冷卻到80℃左右,要立即回火。大型復雜的鋁合金壓鑄模工作零件采用分組淬火,可以獲得最滿意的使用壽命。鹽浴淬火回火后應及時清理。
  
  清理和精加工以后的鋼模具零件要在510~540℃加熱進行去應力退火,按1h/25mm保溫,在爐內自然冷卻或空冷。這樣一方面消除了應力,另一立面由于在氧化性的空氣爐內加熱,表面形成一層可起潤滑作用的氧化膜,在模具工作時減少了液態金屬對模具的侵蝕,可起到保護作用。
  
  在保證心部強度不降低的前提下,以低于回火溫度進行過滲氮、低溫氮碳共滲(鹽浴滲氮、氣體氮碳共滲)、離子滲氮,并達到去應力退火效果,可進一步強化,效果更好。有效滲氮層嘗試以0.1~0.13mm為宜,過深容易引起尖銳邊角處的崩裂,滲氮后的表面硬度可達1100~1300HV。模具維修后再作滲氮處理,可延長使用壽命。
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