低碳马氏体在模具中的应用_电子信息工程毕业论(2)

2　中碳合金钢冷作模具的低碳马氏体高温淬火

对于中碳合金钢冷作模具，可以通过提高奥氏体化温度，使奥氏体晶粒更加均匀细化，碳含量趋于减少，Ms点升高，从而获得更多的低碳马氏体组织，提高模具的强韧性，有利于延长冷作模具的使用寿命。

(1)5CrMnMo钢冷镦机螺母冷镦模的高温淬火　将5CrMnMo钢的淬火温度提高到900℃～950℃，可得到几乎是单一的低碳马氏体组织。例如，用5CrMnMo钢制作的Z41.24型多工位冷镦机螺母冷镦模，经900℃～930℃加热，180℃分级淬火，200℃×2次低温回火处理后，使用寿命比Cr12MoV钢的提高2.6倍，可完全取代T10A、9CrSi、Cr12MoV钢制造较大截面的冷镦模。

(2)60Si2MnA钢冷镦螺帽4序冲模的高温淬火　60Si2MnA钢在高温淬火后，组织中板条马氏体数量增多，甚至可以获得全部板条马氏体组织，有较高的断裂韧度、冲击韧度和优良的耐磨性。60Si2MnA钢制冷镦螺帽4序冲模，经920℃～950℃淬火后，使用寿命比正常温度淬火的模具提高了2倍左右。

(3)5CrW2Si钢冷剪切模的高温淬火　5CrW2Si钢冷剪切模，经950℃淬火和250℃回火后，得到板条马氏体加少量均匀细化的碳化物和分布在板条马氏体边界的细小残留奥氏体的组织，可显著提高冷剪切模剪刃的强度和韧性，寿命提高1.5～5倍。

3　高碳钢冷作模具的低碳马氏体低温淬火

高碳钢冷作模具淬火温度愈低，奥氏体固溶碳含量也愈低，Ms温度愈高，低碳马氏体数量愈多。因此模具具有较高的耐磨性和强韧性，变形和开裂的几率很小。

(1)T10A钢冷镦模低温短时加热淬火　T10A钢冷镦模(光冲)，按原工艺(780℃×20min盐浴加热淬火)处理时获得孪晶马氏体组织，存在显微裂纹，在冲击载荷作用下，由于韧性差，常产生崩刃。现采用750℃×14min盐浴加热淬火，200℃回火处理后，可以得到细小的片状马氏体和 50%(体积分数)以上的低碳马氏体，减少了显微裂纹，在保证高硬度的同时，具有较高韧性，从而提高使用寿命近一倍。

(2)CrWMn钢制小型模具的低温淬火　一般用CrWMn钢制造生产手表用的小型凸模，经常规热处理后模具的使用寿命为1000～10000次，破损形式多为局部崩刃或整个头部断裂。CrWMn钢制小型凸模的低碳马氏体强韧化处理工艺为：700℃×10min预热，.790℃×(3～4)min盐浴炉加热，在180℃石腊中等温15min后，空冷，硬度为59HRC～61HRC；200℃×2h回火后，硬度为58HRC～60HRC，模具的刃磨寿命可达1～2万次，总寿命可达10～20万次。且在使用中不易发生崩刃及断裂现象，显示出有极高的断裂抗力。

(3)7Cr7Mo3V2Si(ＬD)钢冷挤压凸模的低温淬火　ＬD钢冷挤压凸模，按常规工艺1100℃～1150℃加热淬火处理后，使用寿命仅 3000～4000次。改用1050℃×25min盐浴加热油冷和200℃×2.5h回火后，获得板条马氏体+弥散碳化物组织，硬度为 60HRC～61HRC，使用寿命提高到2万次。

低碳马氏体在热作模具中的应用

热作模具钢经高温加热可使钢中的合金碳化物大量溶入奥氏体中，提高了基体的热强性和热稳定性，同时，相应地提高回火温度，可使组织中板条马氏体的份额有大幅度增加，断裂韧度和小能量多冲寿命有所提高。如果加热温度选择适当，则冲击韧度和塑性仍能保持在一定水平上，从而可使热作模具的使用寿命大幅度提高。因此，目前热作模具的淬火加热温度有向高温发展的趋势。热作模具钢的另外一个发展趋势是降碳、低碳化。目前有的国家已在热作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢(≤0.25%C)。例如，美国H25钢 (≤0.25%C)、德国21CrMo10钢(0.16%～0.23%C)、法国20MoNi34.13钢(0.18%～0.23%C)等。对于形状简单，生产批量小和交货期短的产品零件，可以选用低碳合金结构钢，特别是高温强度好、抗蠕变性能好的20CrMo，20CrMnMo等含Mo的低碳低合金耐热结构钢制造热作模具，直接进行低碳马氏体强烈淬火。

(1)3Cr2W8V钢热作模具的高温淬火　3Cr2W8V钢热作模具采用高温淬火和高温回火工艺处理后，可获得更多的板条马氏体组织，有较高的回火稳定性、高温强度、高温耐磨性和热疲劳性，可显著提高模具寿命。用3Cr2W8V钢制M12×50的圆柱螺柱(材料为40Cr)热锻模，采用1180℃ 加热淬火，640℃×2h×2次回火后，可以得到90%以上的板条马氏体，平均使用寿命由3000～5000件提高到3～4万件。

(2)5CrNiMo钢锤锻模的高温淬火　5CrNiMo钢制作的480mm×450mm×295mm的锤锻模，原热处理工艺为860℃×5h油淬和500℃×10h回火，硬度为42HRC。锻打齿轮毛坯2500件时，锻模便发生塑性变形，需修模后方可继续使用。改用新工艺，900℃×5h油淬，500℃×10h回火，硬度为43HRC，锻打同样的齿轮毛坯8100件仍可继续使用。国内其他工厂的试验表明，将淬火温度由860℃提高到 960℃，锻模的使用寿命能够提高2.5倍。

(3)热作模具高温双重淬火处理　4Cr5MoSiV1钢高温双重淬火工艺为：1160℃淬火+720℃回火+1050℃淬火+350℃回火。双重淬火可减小未溶碳化物尺寸和体积分数，使碳化物颗粒间距增大。当第二相颗粒平均间距增大时，可使断裂韧度增大。高温淬火可显著减少孪晶马氏体，增加位错马氏体，使模具具有高的断裂韧度。因此，高温双重淬火与普通淬火(1020～1050)℃相比，断裂韧度可提高30%～40%，有利于提高热作模具钢的疲劳裂纹的扩展抗力和热疲劳开裂的抗力，使模具具有最佳的热疲劳性能，从而提高热作模具的使用寿命。

(4)20Cr钢热锻模的低碳马氏体强烈淬火　拉索冷铸锚杯索节扣体是斜拉桥关键受力固定端件，技术要求必须是模锻件。由于合同订货数量仅88件，因此采用强韧性高、耐冲击、有一定热强性的20Cr钢制造索节扣体热锻模。其加工工艺流程为：下料—锻造—锻造余热正火(形变正火)—粗加工—淬火、回火 —精加工。热处理工艺为：920℃加热，10%NACL盐水淬火，430℃回火。该工艺不仅消除淬火软点，提高模具淬透性，而且可以提高模具屈服强度和冲击韧度，保证模具使用寿命。经上述工艺处理后的索节扣体热锻模，平均硬度40HRC，金相组织为较细板条马氏体，圆满地完成了合同任务。

(5)Q345B钢铆焊热锻模的低碳马氏体强烈淬火　XKJ44.5mm～48mm大型体育场馆斜拉钢丝缆索浇铸接头体是模锻件(质量98.5KG)，由于批量仅40件，选用厚度40mm的Q345B钢板，采用铆焊的工艺方法，将7层板制成400mm×400mm×290mm的热锻模。工艺流程为：下料—钻孔—铆接—焊接—机加工—淬火—钳修。经箱式炉950℃快速加热(20s/mm)，盐水深冷淬火冷却，不回火直接使用。模具平均硬度46HRC，完成40件后，仍能继续使用。