服務(wù)熱線(xiàn)
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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 到有效的應用，這種熱處理工藝可作為一般冷沖模熱處理問(wèn)題的解決措施。
DG41硅鋼片制品是用于8000HZ或2500HZ中頻感應熱處理施感體的導磁體，對于中頻感應加熱設備的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用沖壓工藝制造DG41硅鋼片導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(shí)制造過(guò)程既經(jīng)濟，又合理、實(shí)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。當淬火溫度為950°C時(shí)，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(shí)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硅鋼片導磁體冷沖模的凹模，圖2所示為沖壓DG41硅鋼片導磁體冷沖模的凸模。硅鋼片沖模在工作時(shí)，刃口部分承受著(zhù)沖擊力、剪切力和彎曲力，同時(shí)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硅鋼片導磁體冷沖模的凹模
圖2所示為沖壓DG41硅鋼片導磁體冷沖模的凸模
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)刃口側面線(xiàn)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(zhù)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(cháng)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(zhù)非常密切的關(guān)系。在淬火過(guò)程中要考慮加熱方式、升溫方式、淬火溫度、保溫時(shí)間、冷卻方法以及變形等多種因素的影響。
為了防止氧化，熱處理設備選用鹽浴爐。Cr12鋼是一種高碳高鉻合金鋼，其導熱性較差，易形成溫差應力，巨大的熱應力有造成變形開(kāi)裂的危險，因此我們采用480—500°C;800--850°C兩次預熱，然后隨爐升溫至淬火溫度。通過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐均未發(fā)現質(zhì)量問(wèn)題。
3.1.1淬火溫度
Cr12鋼的臨界點(diǎn)：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(diǎn)含碳為0.35%。當淬火溫度超過(guò)AC1時(shí)，鋼的組織為奧氏體與碳化物共存，此時(shí)共析碳化物溶于奧氏體。其含碳量為0.35%，隨著(zhù)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(shí)降低馬氏體轉變溫度，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(gè)相反因素，促使淬火溫度對硬度的影響存在一個(gè)違禁詞值，即在某一溫度前馬氏體硬化起主導作用，這一溫度后，殘余奧氏體增多，軟化起主導作用。試驗表明這一溫度為1000℃。
圖4為淬火溫度對硬度、馬氏體開(kāi)始轉變點(diǎn)，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(shí)回火)。圖6為淬火后經(jīng)520℃1小時(shí)2次回火時(shí)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(kāi)始轉變點(diǎn)，殘余奧氏體量和晶粒度的影響
HRC60以上同時(shí)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(shí)間
熱處理工藝除溫度外，保溫時(shí)間也是至關(guān)重要。對過(guò)共析鋼來(lái)講，每一淬火溫度都存在著(zhù)一個(gè)與其相對應的碳化物量相平衡的奧氏體含碳量，由Acm點(diǎn)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(shí)回火)
圖6 淬火后經(jīng)520℃1小時(shí)2次回火時(shí)溫度對硬度、抗彎強度和沖擊韌性的影響
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保溫時(shí)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(shí)間按下式計算：保溫時(shí)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。可以采用油冷或分級淬火。從現場(chǎng)及模具情況考慮，采用油冷。通過(guò)實(shí)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，應采用180-220℃之間回火溫度，即圖7陰影部分。為了提高線(xiàn)切割工藝性，可采用370-380℃回火，此時(shí)溫度略為降低，韌性、抗彎度略為提高，但熱處理殘余應力較200℃回火卻有較大幅度的降低，而且組織比低溫回火穩定。在450-520℃回火，出現明顯的回火脆性，應該避免在此脆性溫度范圍內回火。另外Cr12冷沖模采用高溫回火工藝是不適宜的。回火時(shí)間應盡量充分，防止殘余奧氏體轉變形成的應力而開(kāi)裂。為了解決該鋼的導熱性差，以及淬火應力大的問(wèn)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(xiàn)切割機床在DG41硅鋼片沖模制造過(guò)程中的應用，使制模工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率提高。同時(shí)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(lái)制造硅鋼片冷沖模。但價(jià)格昂貴達100-600多元/Kg。這些材料的價(jià)格為國內用戶(hù)無(wú)法承受，而仍采用Cr12或CrMoV鋼。對Cr12鋼制冷沖模的熱處理要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：
4.1 冷沖模制造時(shí)存在的問(wèn)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(kāi)裂;⑵淬油時(shí)，易產(chǎn)生淬火軟點(diǎn);⑶應力較大，易產(chǎn)生開(kāi)裂。
4.2 解決措施
選擇適宜的硬度要求。因為硬度對這類(lèi)模具的壽命影響比較顯著(zhù)，把硬度定為62-64 HRC。延長(cháng)奧氏體化的溫度時(shí)間提高Cr12鋼的淬透性。盡可能多地消除熱處理應力并穩定組織，采用如前所述的二次回火工藝。根據Cr12鋼淬火軟點(diǎn)形成的特點(diǎn)，通過(guò)控制淬火油特性穩定，控制加熱介質(zhì)的流動(dòng)性和潔凈度，增加淬火油攪拌程度，均可防止淬火軟點(diǎn)的產(chǎn)生。
5 結論
硅鋼片冷沖模在我國目前應用最多的還是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(mǎn)足該磨具的要求，根據多年實(shí)踐與研究，應采取一些相應的措施：
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(kāi)裂和變形有明顯的效果。
⑶應控制淬火油的特性溫度;冷卻時(shí)的攪拌程度和持續時(shí)間，加熱鹽浴的流動(dòng)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.
