尖咀钳热锻模复合强化处理
尖咀钳热锻模复合强化处理
尖咀钳热锻模外形尽寸150mm×95mm×110mm原用5crmnmo钢制造，经常规热处理使用寿命仅0.4~0.5万件。主要失效形成：早期脆断---裂纹源发生在型腔应力集中底角；热疲劳裂纹产生在激冷激热最剧烈的型腔凸台边缘部位。其次为型腔软塌、塑性变形及磨损等早期失效。试验表明，选用4cr2nimov钢新型热作模具电渣钢经改锻后进行复合强化热处理，其使用寿命4~5万件，提高9~10倍，有显著技术经济效益。
4cr2nimo电渣钢的锻造。电渣钢具有纯洁度高，杂质少，化学成分与组织均匀，晶粒细等向性能与锻造性能好等特点。首先将电渣钢锭开坯轧制成ф80~ф100mm圆钢，下料取锻造比≤2~3。锻造不仅获得所需锻坯形状尺寸，更主要的是改善组织性能，尤其细化心部组织，因模具型腔正处于心部，促使材料纵向力学性能与横向性能基本一致。采用轻----重----轻锻造法。坯料低温入炉，ag尊龙app-kb88凯时官网登录，一级预热550~650℃，保温1.5~2.0h,二级预热温度850~900℃，保温2min/mm，预热保温后逐渐向高温区递进，缓慢升温与至1120~1150℃，保温1.0~1.5min/mm.锻坯加热过程应均匀、充分透烧、勤翻动、勤掉头，严防出现表熟里生、里熟表生、阴阳面、两头黑中间白等夹生加热缺陷。始锻温度1070~1100℃，轻锤慢打，小锻造比，少变形量，镦粗、、锻六万、滚圆为主，避免重击、连击，防因组织过热而锻裂。中间温度1000~1070℃是锻造最佳时机，锻坯塑性好，不易过热，应加大锻造比，加大变形量，可重击、连击，尽量锻透，改善内部组织。接近终锻温度900~1000℃，因温度低，塑性差，锻造变形拉力大，应轻锤慢打，小锻造比，少变形量，防锻裂。经四镦四拔双十字形变向，最后使锻造纤维组织围绕型腔分布，达到优质锻坯技术条件。锻坯缓冷后进行球化退火，锻坯在电炉加热，低温入炉，随炉升温至810~820℃，保温3~4h,保温后随炉冷至≤400℃以下出炉空冷，获得球状珠光体组织，hb160~180，既是最终淬火的理想预处理组织，又有良好冷切削加工性能。
1 复合强化处理工艺性能试验
表1 淬火温度与晶粒度关系*
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淬火温度（±5)
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910
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930
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960
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990
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1020
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1050
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1080
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晶粒度（级）
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11.0～11.5
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10.0～10.5
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8.5～9.0
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8.0～8.5
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6.0～6.5
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4.0～4.5
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4.0
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*一组三件试样平均值.
表2 淬火温度与硬度关系*
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淬火温度（±5)
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850
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900
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950
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1000
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1050
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1100
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硬度（hrc）
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51～52
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53～54
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55～56
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58～59
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55～56
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52～53
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*一组三件硬度试样平均值
表3 4cr4nimov电渣钢力学性能*
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淬火温度（±10℃)
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力 学 性 能
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σ0.2/mpa
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σb/mpa
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δs(%)
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ak(j/cm2)
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hrc
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350
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1321～1334
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1452～1518
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4.5～5.6
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31～33
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46～49
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450
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1406～1412
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1513～1526
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6.5～7.3
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36～41
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44～47
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550
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1435～1442
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1597～1609
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9.0～9.5
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44～46
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43～45
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650
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1209～1215
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1318～1327
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10.5～11.0
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75～81
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38～41
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*三组性能试样平均值。960℃油淬试样。
2 复合强化热处理工艺
3 新工艺分析
（ⅰ）马氏体/下贝氏体强韧化处理 上述试验表明，选用950～960℃淬火加热温度能使合金碳化物和合金元素较充分溶入奥氏体中，使奥氏体充分合金化，保持9.0～9.5级较细奥氏体晶粒。淬火加热是在经充分脱氧的50�cl2 50%nacl中性盐浴炉中进行。加热保温后油冷ag尊龙app-kb88凯时官网登录后转入50%nano3 50%kno3双硝盐浴等温60～90min,获得隐晶马氏体 20%下贝氏体双相组织，下贝氏体有较高强度与韧性配合。
3 新工艺分析
（ⅰ）马氏体/下贝氏体强韧化处理 上述试验表明，选用950～960℃淬火加热温度能使合金碳化物和合金元素较充分溶入奥氏体中，使奥氏体充分合金化，保持9.0～9.5级较细奥氏体晶粒。淬火加热是在经充分脱氧的50�cl2 50%nacl中性盐浴炉中进行。加热保温后油冷ag尊龙app-kb88凯时官网登录后转入50%nano3 50%kno3双硝盐浴等温60～90min,获得隐晶马氏体 20%下贝氏体双相组织，下贝氏体有较高强度与韧性配合。
（ⅱ）多次高温回火 热锻模淬火后在620～640oc×1.0～1.5h×2次高温回火，获得所需基体组织与性能。在高温回火冷却过程中析出弥散细小cr7c3、moc、v4c3和vc产生沉淀强化，发生二次硬化作用，有较高强韧性、耐磨性。淬火后及时回火，消除淬火应力，防止应力扩展；较长时间回火，提高抗断裂韧性；多次高温回火，促使淬火残余奥氏体充分转变，稳定组织，稳定尺寸；合理选择回火温度，得到所需组织与性能、高强韧性基体，基体硬度hrc39～41。
（ⅲ）s-o-c-n-b 五元共渗透 五元共渗可大幅度提高模具表面渗层硬度、耐磨性、红硬性、抗疲劳、抗粘结、抗咬合、抗腐蚀、抗擦伤和抗剥落等性能。共渗温度580～590oc×3～4h,同时起到第三次回火作用。五元共渗在滴注式气体密封井式炉中进生，炉压控制在13.42～14.40pah2o柱。共渗剂配方：100mlhconh2 1400mlh2o 500g(nh2)co 15gh3bo3 108(nh2)cs。共渗温度下，各渗剂主要化学反应式：
4hconh2→4[n] 2[c] 4h2 2co；
（nh2）co→co 2h2 2[n]，
2co→co2 [c]；
2h3bo3→b2o3 3h2o，
b2o3→3[c] 2[b] 3[o]；
（nh2）cs→2[n] [s] [c] 2h2；
h2o→[o] h2。
（nh2）co→co 2h2 2[n]，
2co→co2 [c]；
2h3bo3→b2o3 3h2o，
b2o3→3[c] 2[b] 3[o]；
（nh2）cs→2[n] [s] [c] 2h2；
h2o→[o] h2。
上式化学反应产生的活性[s]、[o]、[c]、[n]、[b]原子被金属表面吸收并向金属内部扩散，形成五元共渗层组织。最表层由fes、fe3o4、fe3bo4组成，厚约1～3μm,质软，起固体润滑剂作用，降低摩擦系数；次表层主要由fe3n和ε相组成，厚约4～6μm,锒嵌着高硬度弥散c、n化合物，硬度hv1120～1160,具有高耐磨性；再往内为扩散层，厚约0.45～0.55mm,分布着大量c、n、b合金化合物弥散颗粒和n化合物等弥散强化相和含c、n马氏体硬化层，硬度较高hv950～1100，耐磨性好，磨损抗力强。化合物层、扩散层与基体结合牢固，抗剥落性强，表硬内刚，赋予尖咀钳热模高寿命。推广应用新型4cr2nimov电渣钢复合强化处理新技术，有显著技术经济效益。
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