服務(wù)熱線
0755-26825352
0755-26825352
18948189678
摘要：本文研究了Cr12鋼制造冷沖模的熱處理工藝；在制造DG41硅鋼片冷沖模中得 到有效的應(yīng)用，這種熱處理工藝可作為一般冷沖模熱處理問題的解決措施。
DG41硅鋼片制品是用于8000HZ或2500HZ中頻感應(yīng)熱處理施感體的導(dǎo)磁體，對于中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的用戶來說，采用沖壓工藝制造DG41硅鋼片導(dǎo)磁體是一種較好的方法。沖制這種硅鋼片需制造下料冷沖模，提高硅鋼片冷沖模的壽命對提高零件熱處理質(zhì)量和縮短生產(chǎn)周期極為重要。本文主要研究了Cr12鋼制硅鋼片冷沖模的熱處理工藝，采用這種熱處理工藝提高了冷沖模的壽命，同時制造過程既經(jīng)濟，又合理、實用，是一般冷沖模最佳熱處理工藝。
1 Cr12模具鋼的性能
硅鋼片冷沖模采用Cr12鋼制造。Cr12鋼是一種高碳、高鉻的萊氏體鋼，具有大量的游離碳化物。在退火狀態(tài)其碳化物可多達28%，在淬火、回火狀態(tài)其游離碳化物也多達21%。鋼中的Cr大部分形成碳化物，只有極少部分固溶于基體中。當(dāng)淬火溫度為950°C時，基體中碳含量為0.5%，鉻含量約為4%[1]。
Cr12鋼中碳化物為M7C3型碳化物，維氏硬度為2100HV，因此其耐磨性較好。沖壓性能高，脆性大。淬透性較Cr12MoV低。在實際使用該鋼制造的冷沖模，如果沖壓操作正確，韌性不成為模具的關(guān)鍵，而耐磨性直接決定模具的壽命。
2沖模的工況及其磨損狀況
圖1所示為沖壓DG41硅鋼片導(dǎo)磁體冷沖模的凹模，圖2所示為沖壓DG41硅鋼片導(dǎo)磁體冷沖模的凸模。硅鋼片沖模在工作時，刃口部分承受著沖擊力、剪切力和彎曲力，同時刃口部分又承受到制品的擠壓和摩擦。硅鋼片表面特有的涂層也加劇刃口磨損。沖模失效主要形式是刃口磨損。所以提高沖模壽命的關(guān)鍵是提高耐磨性。
圖1所示為沖壓DG41硅鋼片導(dǎo)磁體冷沖模的凹模
圖2所示為沖壓DG41硅鋼片導(dǎo)磁體冷沖模的凸模
凸模刃口磨損情況分為三種磨損情況：(1)主體刃口磨損，其表面呈粗糙的傷跡;(2)刃口側(cè)面線性刮傷，其磨損不大;(3)刃口的端面磨損呈研磨狀態(tài)，磨損量也甚微。因此提高模具的壽命就是著力減少沖模的上述第一種磨損[2]。提高沖模硬度和增加碳化物硬度且分布的均勻性是提高其耐磨性和降低第一種磨損最為有效的途徑。
DG41硅鋼片冷沖模技術(shù)要求是淬火HRC62—64。硬度較高，熱處理工藝工作就是保證上述硬度的前提下，使冷沖模有較好的強度和韌性，以及較長的壽命。
3. 熱處理對Cr12鋼組織和性能的影響
3.1 淬火工藝的影響
淬火是冷沖模熱處理的關(guān)鍵工序，對冷沖模的質(zhì)量有著非常密切的關(guān)系。在淬火過程中要考慮加熱方式、升溫方式、淬火溫度、保溫時間、冷卻方法以及變形等多種因素的影響。
為了防止氧化，熱處理設(shè)備選用鹽浴爐。Cr12鋼是一種高碳高鉻合金鋼，其導(dǎo)熱性較差，易形成溫差應(yīng)力，巨大的熱應(yīng)力有造成變形開裂的危險，因此我們采用480—500°C;800--850°C兩次預(yù)熱，然后隨爐升溫至淬火溫度。通過多年生產(chǎn)實踐均未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。
3.1.1淬火溫度
Cr12鋼的臨界點：AC1為810°C，Ar1為760°C。圖3為含鉻12%鋼的截面相圖。共
圖3含鉻12%鋼的截面相圖
析點含碳為0.35%。當(dāng)淬火溫度超過AC1時，鋼的組織為奧氏體與碳化物共存，此時共析碳化物溶于奧氏體。其含碳量為0.35%，隨著淬火溫度的提高，含碳量不斷提高，而淬火馬氏體的含碳量取決高溫奧氏體固溶的碳量，馬氏體的硬度隨含碳量的提高而不斷提高，碳鋼氏含碳量達0.8%以后硬度不再提高，Cr12鋼也有相似的情況。碳量的提高一方面提高馬氏體硬度，同時降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，使殘余奧氏體量增加，使硬度降低。碳量是影響淬火硬度的兩個相反因素，促使淬火溫度對硬度的影響存在一個違禁詞值，即在某一溫度前馬氏體硬化起主導(dǎo)作用，這一溫度后，殘余奧氏體增多，軟化起主導(dǎo)作用。試驗表明這一溫度為1000℃。
圖4為淬火溫度對硬度、馬氏體開始轉(zhuǎn)變點，殘余奧氏體量和晶粒度的影響。圖5為淬火溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響(經(jīng)200℃2小時回火)。圖6為淬火后經(jīng)520℃1小時2次回火時溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響。從圖5、圖6可知要保證達到
圖4 淬火溫度對硬度、馬氏體開始轉(zhuǎn)變點，殘余奧氏體量和晶粒度的影響
HRC60以上同時又有較好的抗彎強度和沖擊韌性，980-1000℃是Cr12最佳淬火溫度。即圖5陰影部分。
3.1.2保溫時間
熱處理工藝除溫度外，保溫時間也是至關(guān)重要。對過共析鋼來講，每一淬火溫度都存在著一個與其相對應(yīng)的碳化物量相平衡的奧氏體含碳量，由Acm點所決定的[3]。
圖5 淬火溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響(經(jīng)200℃2小時回火)
圖6 淬火后經(jīng)520℃1小時2次回火時溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響
▲
保溫時間的確定既要考慮淬硬性，又要考慮淬透性，對于我們使用的小型模具保溫時間按下式計算：保溫時間t(min)=10+有效厚度(mm)/2
3.1.3淬火冷卻方法
Cr12鋼具有良好的淬透性?？梢圆捎糜屠浠蚍旨壌慊稹默F(xiàn)場及模具情況考慮，采用油冷。通過實踐表明，環(huán)境溫度對淬火硬度有影響，由于夏天室溫高，所以冬天淬火后硬度比夏天淬火溫度高1-2HRC。
3.2 回火工藝的影響
圖7是回火溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響。從圖7可知在高硬度的前提下，欲提高抗彎強度和沖擊韌性，應(yīng)采用180-220℃之間回火溫度，即圖7陰影部分。為了提高線切割工藝性，可采用370-380℃回火，此時溫度略為降低，韌性、抗彎度略為提高，但熱處理殘余應(yīng)力較200℃回火卻有較大幅度的降低，而且組織比低溫回火穩(wěn)定。在450-520℃回火，出現(xiàn)明顯的回火脆性，應(yīng)該避免在此脆性溫度范圍內(nèi)回火。另外Cr12冷沖模采用高溫回火工藝是不適宜的?；鼗饡r間應(yīng)盡量充分，防止殘余奧氏體轉(zhuǎn)變形成的應(yīng)力而開裂。為了解決該鋼的導(dǎo)熱性差，以及淬火應(yīng)力大的問題，我們制定了二次回火工藝，即第一次180-220℃1-2h,第二次采用同樣溫度2-3h。
4 DG41硅鋼片冷沖模的熱處理
圖7是回火溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響
精密線切割機床在DG41硅鋼片沖模制造過程中的應(yīng)用，使制模工藝簡化，生產(chǎn)效率提高。同時對材料和熱處理也是提出了新的要求，國外這種模具大都選用CPM-10V(美國)，Vanadis10(歐洲)，DC53(日本)等新材料來制造硅鋼片冷沖模。但價格昂貴達100-600多元/Kg。這些材料的價格為國內(nèi)用戶無法承受，而仍采用Cr12或CrMoV鋼。對Cr12鋼制冷沖模的熱處理要點簡述如下：
4.1 冷沖模制造時存在的問題
⑴碳化物不均勻度大，模具脆性增加，使用中經(jīng)常產(chǎn)生崩刃甚至開裂;⑵淬油時，易產(chǎn)生淬火軟點;⑶應(yīng)力較大，易產(chǎn)生開裂。
4.2 解決措施
選擇適宜的硬度要求。因為硬度對這類模具的壽命影響比較顯著，把硬度定為62-64 HRC。延長奧氏體化的溫度時間提高Cr12鋼的淬透性。盡可能多地消除熱處理應(yīng)力并穩(wěn)定組織，采用如前所述的二次回火工藝。根據(jù)Cr12鋼淬火軟點形成的特點，通過控制淬火油特性穩(wěn)定，控制加熱介質(zhì)的流動性和潔凈度，增加淬火油攪拌程度，均可防止淬火軟點的產(chǎn)生。
5 結(jié)論
硅鋼片冷沖模在我國目前應(yīng)用最多的還是Cr12鋼，Cr12鋼有很好的耐磨性，也適用于DG41硅鋼片冷沖模。為了基本滿足該磨具的要求，根據(jù)多年實踐與研究，應(yīng)采取一些相應(yīng)的措施：
⑴淬火溫度采用980-1000℃有較好的組織和性能。
⑵采用200-220℃二次回火，對防止開裂和變形有明顯的效果。
⑶應(yīng)控制淬火油的特性溫度;冷卻時的攪拌程度和持續(xù)時間，加熱鹽浴的流動性和脫氧撈渣程度，均能防止淬火硬度不足。
參考文獻
[1]崔崑.鋼鐵材料及有色金屬材料學(xué)[M].機械工業(yè)出版社.1981.8.
[2]天津大學(xué)金相教研室.工模具熱處理[M].天津人民出版社.1974.
[3]安運錚.熱處理工藝學(xué)[M].機械工業(yè)出版社.1982.7.
