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关于高碳高铬微变形模具钢(Cr12,Cr12MoV)的热处理操作
高碳莱氏体模具钢,由于很多的共晶碳化物分布不均匀,使模具纵向和横向的抗弯强度相差达30%~40%,冲击韧度相差30%~50%。所以该模坯要反复换向锻造,击碎大块碳化物。锻后常用球化退火,在850~870℃下保温2~4h,再炉冷到720~750℃保温4~6h炉冷到500℃出炉空冷。得到细粒状的珠光体和碳化物。硬度应该≤255HBW,如果硬度高切削加工会有困难,可以在760~790℃回火2~3h,使硬度降低一些。退火后共晶碳化物不均匀度的合格级别见JB/T7713-2007《高碳高合金钢制冷作模具显微组织检验》的具体规定。其合格级别一般小于3级,机械加工后还需去应力退火在650℃下保温2~3h。
最终热处理方式有两种,对于工作负荷重、性能要求高的模具用一次硬化法,即选用较低的淬火温度和回火温度。Cr12钢可加热到960~980℃,Cr12MoV钢可加热到980~1020℃,温度越高,碳化物溶解越多,奥氏体中含碳量越高。奥氏体的稳定性增加,使Ms点下降和残留奥氏体增多。一次硬化法的残留奥氏体的体积分数在20%左右,200℃下回火保温2~4h即可,这是常用的热处理方法。
对于受载荷不大,需要氮化的模具或工作温度长期在400~500℃下的模具,应选用二次硬化处理,即一次高温淬火,3~4次高温回火。该莱氏体钢退火后组织中含有15%~17%的M7C3碳化物、由于淬火加热温度高,碳化物充分熔解,得到高合金度的奥氏体,淬火后可得到组织为60%~80%的残留奥氏体,硬度只有40~55HRC。经过多次在520℃下的回火,才能折出大量弥散分布的合金碳化物,并使残留奥氏体在回火冷却时转变成回火马氏体,这时的硬度可达到60~63HRC。这时模具具有高的热硬性、耐磨性、抗回火、抗热疲劳性能,并能充分消除淬火应力。冷作模具经二次硬化可比一次硬化寿命提高1~2倍。一次硬化渗氮不但基体硬度降低,同时,残留奥氏体转变成马氏体使模膛尺寸精度发生变化。二次硬化的回火温度和渗氮相似,可提高模具耐磨性和抗咬合性。模具一次硬化后一般回火不充分,残留应力在以后的线切割加工时会得到热量而释放,高温还促使残留奥氏体向马氏体转变产生应力,应力叠加会造成模具开裂。二次硬化一般不会产生磨削裂纹,更佳的工艺参数是选用盐炉,在550℃、850℃下经两次预热后升温到1100~1120℃淬入热油或硝盐分级,使硬度控制在50~54HRC,再经过510~520℃的2~3次回火各1h,可得到60~62HRC。当淬火温度升到1150℃以上时,淬火后硬度在40HRC以下,使残留奥氏体增多,组织趋于稳定,经高温回火,硬度难以回升。如510~520℃下回火硬度不回升就应把温度升到540~550℃后进行2~3次回火,争取使硬度达58HRC以上。若硬度不再回升则已出现过回火,过回火件必须经重新退火、加热淬火、回火处理。
该钢在300~375℃下有回火脆性,在制作滚丝轮时,常在粗、精加工之间增加高温调质处理(1120℃±10℃热油冷,之后在760℃回火1h),以降低磨削螺纹齿面的粗糙度。若淬火后进行-78℃冷处理,会加速残留奥氏体转变,则只需要1~2次高温回火,可节电30%。二次硬化生产周期长,同时模具的冲击韧度不如一次硬化好,生产中应根据模具的性能要求和生产条件来确定是否需要采用二次硬化处理。生产中常用一次分级等温处理和表面强化处理提高模具寿命。
采用1020℃±28℃下等温2h后在180℃下去应力处理,使下贝氏体体积分数占8%左右,出现下贝氏体、马氏体复相组织。可使模具寿命提高3~4倍。
通过二次硬化可以缩小模具变形。淬火后残留奥氏体多,模膛尺寸缩小,随回火次数增加,比体积小的残留奥氏体转变成比体积大的马氏体,使尺寸逐步回升。即通过多次回火调控残留奥氏体量来控制模具尺寸精度。
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