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錘鍛模具淬火、回炎熱處理如何應用?看這篇教程即可

點擊次數:62  發布時間:2020-11-10

模具在古代鑄造就已經有了,至今在工業領域生產中已經是一種基礎裝備,隨著工業技術的發展得到了廣泛地使用。錘鍛模具工作環境惡劣,在鍛造循環過程中不斷地承受著機械載荷和熱載荷作用。目前我國的大多數企業,模具使用壽命比較低,僅相當於國外的1/5~1/3。實踐證明,在模具設計和製造過程中,若能選用恰當的鋼材,確定合理的熱處理工藝,對充分發揮材料的潛在性能、降低成本、提高錘鍛模具的質量和使用壽命都將起到重大的作用。

 

模具鋼的選擇

在鍛造過程中,模具型腔與高溫鍛坯接觸,模具工作麵溫度常達300~400℃,有時局部可達500~600℃;模具型腔與很高溫度的鍛坯打後,又受到反複冷卻,即在急冷急熱條件工作;模具型腔與變形金屬發生相互摩擦,即工作麵受到熱磨損。這就是錘鍛模具的工作條件,正是這種工作條件,要求這類模具鋼應具有下列基本性能。

 

⑴淬透性高,以保證這種大型模具沿整個截麵具有均勻一致的力學性能。

⑵衝擊韌性好,熱疲勞抗力高,以保證能承受衝擊載荷及在急冷急熱反複熱衝擊下,不因變形不一致發生龜裂。

⑶導熱好,以保證模具型腔表麵的熱量盡快傳導外散,降低模具的溫升,有利於減少熱磨損及熱疲勞損傷。

⑷較高的抗回火穩定性及高溫強度,以減少熱塑性變形。

⑸較好的抗氧化性能和加工工藝性能。為滿足上述性能,高韌性熱作模具鋼中不能含有太高的碳及碳化物形成元素,通常碳質量分數ωc在0.3%~0.5%左右,為提高淬透性及熱強性加入少量鉻、鉬、釩、鎳、錳、矽等,加入少量鉬或鎢有助於清除高溫回火脆性。

 

模具鋼快速辨別牌號

手持式光譜儀手持式光譜儀圖

 

45Cr2NiMoVSi、B2鋼錘鍛模具的熱處理

 

因5CrNiMo、5CrMnMo及5CrMnMoSiV具有淬透性、回火穩定性較好,常用於製作中小型的錘鍛模。但為彌補5CrMnMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV在較大截麵和較高溫度時熱穩定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷,大型錘鍛模具常使用45Cr2NiMoVSi、B2等大截麵熱鍛模具鋼。與5CrNiMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV相比,45Cr2NiMoVSi和B2中既含有較高的Cr和Mo,又加入了少量的V,使CCT曲線上的高溫轉變區上移,低溫轉變區顯著右移,提高了鋼的淬透性。截麵尺寸在500mm×500mm以下的模具經970~990℃淬火,650~680℃回火後,硬度可達36~44HRC。而且45Cr2NiMoVSi和B2具有二次硬化能力,其高溫強度較5CrNiMo鋼高50%,熱穩定性高出100~150℃,衝擊韌性則相當。另外,鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴展的能力也強於5CrNiMo。這兩種鋼用於12000t以下機械壓力機模具及16t錘以下模鍛模具,模具的使用壽命是5CrNiMo鋼製造的同種模具壽命的數倍。

 

模具裝爐要求

 

⑴錘鍛模具裝爐時,兩模塊之間、模塊與爐壁之間的間隔不小於50mm。裝爐長度不大於爐子有效長度的3/4,不允許兩塊模塊上下堆放,同爐各模塊尺寸應盡量相近。若同爐模塊尺寸大小有差異,可將模塊尺寸大的放在爐子的內側,尺寸小的靠近爐門擺放。

⑵錘鍛模具裝爐時,要了解模具加工情況,必要時應采用真空爐熱處理或者裝箱保護加熱,模具型腔等處有足夠加工餘量時可直接加熱。

 

淬火處理要求

 

⑴升溫和預熱要求:為保證模塊溫度均勻,應注意緩慢加熱升溫,並應分別在600~650℃、850~900℃溫度下預熱均溫。具體預熱保溫時間見【錘鍛模具的保溫和油冷時間(45Cr2NiMoVSi)表】。

錘鍛模具的保溫和油冷時間(45Cr2NiMoVSi)表

 

⑵保溫要求:45Cr2NiMoVSi在960~980℃保溫,保溫時間根據工件有效厚度而定,具體保溫時間見表1。B2鋼工藝參數見表【錘鍛模具的保溫和油冷時間(B2鋼)】。注意,大型模具淬火溫度應采用上限,小型模具用下限。

錘鍛模具的保溫和油冷時間(B2鋼)表

 

⑶預冷要求:錘鍛模具保溫結束後,為減小變形,出爐後應在空氣中預冷,大模塊空冷約7~10min,小模塊約5~7min,然後油冷。

 

⑷油冷要求:冷卻油溫在20~70℃。淬火油的至高使用溫度應低於其閃點60~80℃。為保證鍛模冷卻均勻,應選擇適當的冷卻運動方向,運動時間據模塊大小而定(一般30~40min),然後靜止冷卻,45Cr2NiMoVSi冷卻時間參考表【錘鍛模具的保溫和油冷時間(45Cr2NiMoVSi)】,B2鋼參數見表【錘鍛模具的保溫和油冷時間(B2鋼)】。錘鍛模具出油溫度150~200℃,此時錘鍛模具提出油麵隻冒青煙而不著火,如將水滴滴至模具表麵有緩慢的爆裂聲,淬火(淬油)後金相組織為板條馬氏體+粒狀碳化物+少量殘留奧氏體,如下圖。

淬火後金相組織(500×)

 

錘鍛模具回火處理要求

 

為避免淬火應力過大產生裂紋,錘鍛模具出油後立即裝爐回火。應盡量避免降溫回火,必須采用降溫回火時,爐溫必須降至300℃以下。回火裝爐順序應盡量和淬火時的一致。為了消除殘餘應力,必須進行兩次回火。經兩次回火後的組織為回火索氏體+粒狀碳化物,見下圖所示。

淬火+二次回火金相組織(500×)

 

⑴升溫和預熱。回火溫度超過500℃,必須在250~300℃預熱,預熱保溫時間見表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)

 

⑵保溫。回火溫度根據硬度要求而定,具體數值見表【回火溫度】。首次回火規程具體見表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

回火溫度

 

⑶冷卻。保溫結束後出爐空冷。

 

燕尾部分回火要求

 

燕尾部分硬度要求3.6~3.8dB。為保證燕尾部分的硬度合格,應使用專用加熱爐重新加熱燕尾,回火溫度定為720~740℃,保溫4~5小時,保溫結束後在爐中放至500℃以下吊出空冷。回火時注意,翻新次數多厚度薄的模塊要熱爐回火,以免時間長,使承擊麵和型槽硬度降低。在首次回火之後進行。

 

錘鍛模具第二次回火要求

 

第二次回火應在首次回火、燕尾回火冷到室溫後才能進行,第二次回火的溫度一般比首次的低10~20℃,保溫時間可比首次回火縮短20%~25%,保溫結束後出爐空冷。其他工藝規程參照表【鍛模在電爐中的回火保溫和冷卻(B2鋼、45Cr2NiMoVSi)】。

 

熱處理檢驗

 

保證熱處理的有效性,是保證錘鍛模質量的關鍵,必須進行外觀、硬度檢驗,並根據檢驗結果,及時修訂熱處理工藝參數,保證後期熱處理質量。

⑴外觀檢驗:檢驗經熱處理後錘鍛模具是否有變形,防止變形過大造成後續加工問題。使用著色探傷,檢驗錘鍛模具是否出現裂紋。

⑵硬度檢驗:使用風動工具,在模具承擊麵、橋部、型槽以及燕尾平麵打磨平麵,打磨深度以見模具原材料火花為止,使用布氏硬度計,檢驗模具硬度是否合格。

 

返淬要求

 

淬火後若硬度不合格,允許對錘鍛模具進行返淬。返淬前退火及其隨後的淬火均應裝箱保護,以防承擊麵和模具型槽進一步氧化脫碳。裝箱以幹生鐵屑和6%~8%木炭為保護劑。退火工藝為模塊隨爐升溫至600~650℃預熱保溫2~3小時,然後隨爐升溫至800~820℃保溫,保溫結束後冷卻。退火保溫時間和冷卻方式見表【退火保溫時間及冷卻】。返淬溫度可比正常淬火溫度低20℃,保溫時間要適當延長2~3小時。

退火保溫時間及冷卻

 

錘鍛模具翻新的熱處理要求

 

錘鍛模具失效後,在一定範圍內允許進行下落翻新,在模具下落後,應進行模具硬度檢查,檢測部位包括承擊麵、模具型槽及燕尾麵,檢驗是否符合設計要求。

⑴如果硬度檢測合格,可以不進行淬火處理,但是模具加工成品後,應進行去應力回火。具體工藝為:根據模塊大小在380~400℃預熱2~3小時、在600~620℃保溫5~10小時後空冷,注意,預熱溫度要比原來回火溫度低30~50℃。

⑵若硬度檢測不合格,需要重新熱處理。熱處理方法和返淬處理方法相同。

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