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锤锻模具淬火、回炎热处理如何应用?看这篇教程即可

返回列表 来源: 仪德 发布日期: 2020.11.10
模具在古代铸造就已经有了,至今在工业领域生产中已经是一种基础装备,随着工业技术的发展得到了广泛地使用。锤锻模具工作环境恶劣,在锻造循环过程中不断地承受着机械载荷和热载荷作用。目前我国的大多数企业,模具使用寿命比较低,仅相当于国外的1/5~1/3。实践证明,在模具设计和制造过程中,若能选用恰当的钢材,确定合理的热处理工艺,对充分发挥材料的潜在性能、降低成本、提高锤锻模具的质量和使用寿命都将起到重大的作用。

模具钢


模具钢的选择


在锻造过程中,模具型腔与高温锻坯接触,模具工作面温度常达300~400℃,有时局部可达500~600℃;模具型腔与很高温度的锻坯打后,又受到反复冷却,即在急冷急热条件工作;模具型腔与变形金属发生相互摩擦,即工作面受到热磨损。这就是锤锻模具的工作条件,正是这种工作条件,要求这类模具钢应具有下列基本性能。

⑴淬透性高,以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致的力学性能。

⑵冲击韧性好,热疲劳抗力高,以保证能承受冲击载荷及在急冷急热反复热冲击下,不因变形不一致发生龟裂。

⑶导热好,以保证模具型腔表面的热量尽快传导外散,降低模具的温升,有利于减少热磨损及热疲劳损伤。

⑷较高的抗回火稳定性及高温强度,以减少热塑性变形。

⑸较好的抗氧化性能和加工工艺性能。为满足上述性能,高韧性热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形成元素,通常碳质量分数ωc在0.3%~0.5%左右,为提高淬透性及热强性加入少量铬、钼、钒、镍、锰、硅等,加入少量钼或钨有助于清除高温回火脆性。

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45Cr2NiMoVSi、B2钢锤锻模具的热处理

因5CrNiMo、5CrMnMo及5CrMnMoSiV具有淬透性、回火稳定性较好,常用于制作中小型的锤锻模。但为弥补5CrMnMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV在较大截面和较高温度时热稳定性、热疲劳性及淬透性不够的缺陷,大型锤锻模具常使用45Cr2NiMoVSi、B2等大截面热锻模具钢。与5CrNiMo、5CrNiMo及5CrMnMoSiV相比,45Cr2NiMoVSi和B2中既含有较高的Cr和Mo,又加入了少量的V,使CCT曲线上的高温转变区上移,低温转变区显著右移,提高了钢的淬透性。截面尺寸在500mm×500mm以下的模具经970~990℃淬火,650~680℃回火后,硬度可达36~44HRC。而且45Cr2NiMoVSi和B2具有二次硬化能力,其高温强度较5CrNiMo钢高50%,热稳定性高出100~150℃,冲击韧性则相当。另外,钢的热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也强于5CrNiMo。这两种钢用于12000t以下机械压力机模具及16t锤以下模锻模具,模具的使用寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。

模具装炉要求

⑴锤锻模具装炉时,两模块之间、模块与炉壁之间的间隔不小于50mm。装炉长度不大于炉子有效长度的3/4,不允许两块模块上下堆放,同炉各模块尺寸应尽量相近。若同炉模块尺寸大小有差异,可将模块尺寸大的放在炉子的内侧,尺寸小的靠近炉门摆放。

⑵锤锻模具装炉时,要了解模具加工情况,必要时应采用真空炉热处理或者装箱保护加热,模具型腔等处有足够加工余量时可直接加热。

淬火处理要求

⑴升温和预热要求:为保证模块温度均匀,应注意缓慢加热升温,并应分别在600~650℃、850~900℃温度下预热均温。具体预热保温时间见【锤锻模具的保温和油冷时间(45Cr2NiMoVSi)表】。

锤锻模具的保温和油冷时间(45Cr2NiMoVSi)表

锤锻模具的保温和油冷时间(45Cr2NiMoVSi)表

⑵保温要求:45Cr2NiMoVSi在960~980℃保温,保温时间根据工件有效厚度而定,具体保温时间见表1。B2钢工艺参数见表【锤锻模具的保温和油冷时间(B2钢)】。注意,大型模具淬火温度应采用上限,小型模具用下限。

锤锻模具的保温和油冷时间(B2钢)表

锤锻模具的保温和油冷时间(B2钢)表

⑶预冷要求:锤锻模具保温结束后,为减小变形,出炉后应在空气中预冷,大模块空冷约7~10min,小模块约5~7min,然后油冷。

⑷油冷要求:冷却油温在20~70℃。淬火油的最高使用温度应低于其闪点60~80℃。为保证锻模冷却均匀,应选择适当的冷却运动方向,运动时间据模块大小而定(一般30~40min),然后静止冷却,45Cr2NiMoVSi冷却时间参考表【锤锻模具的保温和油冷时间(45Cr2NiMoVSi)】,B2钢参数见表【锤锻模具的保温和油冷时间(B2钢)】。锤锻模具出油温度150~200℃,此时锤锻模具提出油面只冒青烟而不着火,如将水滴滴至模具表面有缓慢的爆裂声,淬火(淬油)后金相组织为板条马氏体+粒状碳化物+少量残留奥氏体,如下图。

淬火后金相组织(500×)

淬火后金相组织(500×)

锤锻模具回火处理要求

为避免淬火应力过大产生裂纹,锤锻模具出油后立即装炉回火。应尽量避免降温回火,必须采用降温回火时,炉温必须降至300℃以下。回火装炉顺序应尽量和淬火时的一致。为了消除残余应力,必须进行两次回火。经两次回火后的组织为回火索氏体+粒状碳化物,见下图所示。

淬火+二次回火金相组织(500×)

淬火+二次回火金相组织(500×)

⑴升温和预热。回火温度超过500℃,必须在250~300℃预热,预热保温时间见表【锻模在电炉中的回火保温和冷却(B2钢、45Cr2NiMoVSi)】。

锻模在电炉中的回火保温和冷却(B2钢、45Cr2NiMoVSi)

锻模在电炉中的回火保温和冷却(B2钢、45Cr2NiMoVSi)

⑵保温。回火温度根据硬度要求而定,具体数值见表【回火温度】。第一次回火规程具体见表【锻模在电炉中的回火保温和冷却(B2钢、45Cr2NiMoVSi)】。

回火温度

回火温度

⑶冷却。保温结束后出炉空冷。

燕尾部分回火要求

燕尾部分硬度要求3.6~3.8dB。为保证燕尾部分的硬度合格,应使用专用加热炉重新加热燕尾,回火温度定为720~740℃,保温4~5小时,保温结束后在炉中放至500℃以下吊出空冷。回火时注意,翻新次数多厚度薄的模块要热炉回火,以免时间长,使承击面和型槽硬度降低。在第一次回火之后进行。

锤锻模具第二次回火要求

第二次回火应在第一次回火、燕尾回火冷到室温后才能进行,第二次回火的温度一般比第一次的低10~20℃,保温时间可比第一次回火缩短20%~25%,保温结束后出炉空冷。其他工艺规程参照表【锻模在电炉中的回火保温和冷却(B2钢、45Cr2NiMoVSi)】。

热处理检验

保证热处理的有效性,是保证锤锻模质量的关键,必须进行外观、硬度检验,并根据检验结果,及时修订热处理工艺参数,保证后期热处理质量。

⑴外观检验:检验经热处理后锤锻模具是否有变形,防止变形过大造成后续加工问题。使用着色探伤,检验锤锻模具是否出现裂纹。

⑵硬度检验:使用风动工具,在模具承击面、桥部、型槽以及燕尾平面打磨平面,打磨深度以见模具原材料火花为止,使用布氏硬度计,检验模具硬度是否合格。

返淬要求

淬火后若硬度不合格,允许对锤锻模具进行返淬。返淬前退火及其随后的淬火均应装箱保护,以防承击面和模具型槽进一步氧化脱碳。装箱以干生铁屑和6%~8%木炭为保护剂。退火工艺为模块随炉升温至600~650℃预热保温2~3小时,然后随炉升温至800~820℃保温,保温结束后冷却。退火保温时间和冷却方式见表【退火保温时间及冷却】。返淬温度可比正常淬火温度低20℃,保温时间要适当延长2~3小时。

退火保温时间及冷却

退火保温时间及冷却

锤锻模具翻新的热处理要求

锤锻模具失效后,在一定范围内允许进行下落翻新,在模具下落后,应进行模具硬度检查,检测部位包括承击面、模具型槽及燕尾面,检验是否符合设计要求。

⑴如果硬度检测合格,可以不进行淬火处理,但是模具加工成品后,应进行去应力回火。具体工艺为:根据模块大小在380~400℃预热2~3小时、在600~620℃保温5~10小时后空冷,注意,预热温度要比原来回火温度低30~50℃。

⑵若硬度检测不合格,需要重新热处理。热处理方法和返淬处理方法相同。

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