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    热作模具钢的真空热处理

    点击数:312018-11-27 来源:

    执处理工艺热作模具钢的真空热处理一胜百模具技术(上海)有限公司(上海201108)赵家声编译加工技术、生产环境、模具维护方案,尤其是热处理工艺。热处理过程中型腔的快速泮火有利于模具的抗热龟裂和开裂。然而,更快的淬火速度也将增加变形和泮火开裂的倾向。

    这篇文章将讨论压铸模通过真空热处理后的机械性能和变形程度。涉及到模具的大小、模具钢的化学成分、泮火压力(从3x 105~3x106Pa氮气正压)和分级泮火工艺的作用。这种比较将为决定模具制作成本和模具寿命之间的最有效平衡提供依据。

    0前言热龟裂是迄今为止压铸模最主要的失效机制,并且最终主宰着大部分模具的寿命。另一方面,严重开裂虽有较大意义,但不是太普遍的失效类型,因为它无法预测,并且通常是灾难性的。模具寿命的长短取决于模具材料性能的选择,这种性能既防止产生严重开裂,同时又尽可能地推迟裂纹的萌生和扩展。

    增加模具材料抗热龟裂潜力的关键在于:材料抗塑性变形的能力(高温屈服强度和高回火抗力);在压铸过程中减小膨胀和收缩的能力(高的热传导性和低的热膨胀);在没有开裂的条件下,吸收塑性应变的能力(高延展性)。

    模具材料的热屈服强度、抗回火性、热传导性、热膨胀性、延展性和性很大程度上取决于钢的化学成分。炼钢工艺也是获得高延展性的一个非常关键因素。值得注意的是钢厂要努力降低非金属夹杂物、一次碳化物和网状和带状的粗大二次碳化物。

    严重开裂是在模具使用过程中突然发生的,几乎是一种完全断裂。常常是模具表面应力集中部位,在张应力条件下,脆性裂纹的不稳定扩展。模具严重开裂的根本原因是模具使用过程中过大的热负荷或机械负荷。要使模具材料能很好阻止严重开裂,就应该有高的韧性。使用较低的硬度是提篼模具抗严重开裂的一种选择。可是,既然较高的屈服强度(硬度)有利于抗热龟裂,就应该把注意力集中放在改善材料的显微结构韧性上。取得高显微结构性的一个最关键工序是热处理。热处理过程中,粗大的晶粒、碳化物的晶界析出、珠光体和贝氏体的形成对韧性是最有害的。

    最后,热处理工序是模具抗热龟裂和严重开裂的关键。淬火温度、保温时间,最重要的是淬火速率必须慎重选择以使模具性能达到最佳。

    1试验方法背景大模具的热处理是对热处理生产者最大的挑战。这样的模具在热处理过程中很难得到高的韧性,因为一定淬火压力下的冷速受到限制。同时韧性对于大的或复杂的型腔防止严重开裂是最关键的。韧性并不是热处理生产者必须面对的唯一挑战。在升温、更重要的是在冷却过程中大模具表面和心部之间会产生明显的温差。这种大的温差增加了淬火变形和开裂的倾向。这个项目将研究小、中、大型腔的真空热处理。然而主要的焦点在大模具上,因为这代表了热处理后模具性能和变形程度的最差情况。2取样程序三个测试棒的尺寸是根据热处理过程中,型腔典型的尺寸(大、中、小)而设定的。

    表1规格棒的截面尺寸大中小以上每个尺寸的试棒在测试项目中安排0R-VARSUPREME(优质H -13)和DIEVAR各一根棒。

    表2钢号为这两种钢具有最能体现热龟裂的性能。

    每根棒料上取两组试样。第一组试样在本文中称之为“模具试块”。每一模具试块都是508mm长。

    模具试块性能代表经各种工业真空热处理的典型型腔性能。

    第二组试块称为“能力试块”。这些试块是从原始试棒的中心取样并机加工,以。

    97小试样图S大模具测试块(700前面的试验已经提到,延展性对硬度和显微组织没有多大关系。然而,从大模具测试块表面上:500mm)硬度和延展性的关系取样却得出:如果冷却能力不足,而导致形成非马氏体显微组织,延展性可能取决于淬火速度。从DIEVAR6的6x10sPa、106Pa氮气分级淬火表面样品的延展性来看:模具试块已接近ORVARSUPREME能力试块(即油淬小样)。这个结果验证了DIEVAR较高的延展性和提高了淬透性。

    总之,由于低的淬火速率对延展性可能有明显的影响,当试图在大压铸模中得到最好的抗热龟裂性能,热处理显得尤为重要。

    7模具韧性和淬火速度的关系要得到最佳的显微组织性,模具的淬火速度是个关键。理想情况是模具应该尽可能快地淬火。不幸的是,所能得到的淬火速度受机加工余量、模具的前道加工、粗加工模具的尺寸和复杂性及现有炉子技术的限制。

    推荐最小的淬火速度是28弋/min,就象模具背面最大区域的中心深度为15.9mm±3.2mm处的冷速,该处离最近角至少l/4Tx1/4W处的冷速。粗加工状态的大模具极限厚度可能超过305mm、重量在1585kg以上。对于这样的大型模具,目前的真空炉技术可能达不到所推荐的冷速。因此,热处理工艺标准对此定义了最小的可适用准则。

    另外,不是所有大的压铸模都适合快速淬火。

    为了防止淬火开裂和过度的变形,特别是形状很复杂的粗加工模具、淬火前已焊接或EDM加工、粗加工模具表面非常不规则、大多数情况下机加工余量不够时,往往必须牺牲淬火速率。如果为了上述原因而牺牲淬火速率的话,模具韧性将比所须的下降很多。在这样的情况下,希望表面性能下降的测试。

    从原始棒材上切取的能力试块及热处理后的模具试块上切取的的表面试样进行V型缺口冲击试验。大模具试块V型缺口冲击试验结果如下。

    Dievar能力试块ODievar试块表面大模具测试块(700mm7621 500mm)硬度和韧性的关系从106Pa分级氮气淬火的大DIEVAR测试块上切取的表面试样,韧性接近ORVARSUPREME能力样块(即油淬小试样)。最终,这可能使得大的DIEVAR模具表面硬度增加2 ~4HRC,仍能维持大的优质H-13模具在较低使用硬度下的性。具有较篼使用硬度和相当韧性水平的模具,有潜力明显提高抗热龟裂性能,而不增加严重开裂的危险。另外的可能性是,降低DIEVAR模具的淬火速率而性仍维持在和类似工作硬度下快速淬火优质H- 13模具同样近似的程度。这会给模具制造商提供一种机会,即在不牺牲货性的前提下,能减小淬火变形和开裂的危险(尽管在优先考虑模具性能时,不作这样的推荐)。

    (下转第5页)3结论最佳模具寿命可以通过选择适合于该服役条件的钢材,并结合与此模具的使用条件、硬度及模具大小和复杂程度相适应的设计而达到。此外,热处理应当在最适合的条件下进行。如前所示,在模具的制造和维护,以及使用过程中应尽量减少造成导致缺口效应的表面缺陷。1由于型腔内小半径圆角及渗碳层内穿透性裂纹的缺口效应,使锻模仅使用至服役寿命的10%(8000次)后即告开裂(模具硬度HRC46)(上接第30页)8结论热处理是试图提高压铸模抗热疲劳性的主要焦点之一。特别是模具必须快速泮火以得到高的显微结构韧性,从而提高工作硬度。对于大模具来说,恰当的热处理特别关键,因为非常慢的淬火速率也可能降低延展性。延展性是推迟模具热龟裂裂纹萌生的关键性能之一。不幸的是,快速淬火工艺增加了变形程度和淬火开裂的危险性。真空炉内分级淬火有潜力能在不明显降低模具性能的前提下减少淬火应力。最后更高的韧性和延展性,以及提高淬透性的模具材料为改善模具性能的新的选择。



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