連鑄連軋銅管擠壓模具的選材與熱處理
摘要：連鑄連軋銅管擠壓模具是連鑄連軋銅管生產(chǎn)線的主要消耗工具，本文從材料選擇和熱處理溫度方面，闡述了提高連鑄連軋銅管擠壓模具使用壽命的方法，并對(duì)4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)和3Cr2W8V鋼熱處理后的性能做了比較試驗(yàn)。結(jié)果表明，用4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)鋼制造連鑄連軋銅管擠壓模具，并經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?能顯著提高模具的使用壽命。
連鑄連軋銅管是目前世界上先進(jìn)的銅管生產(chǎn)工藝．經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)陸續(xù)引進(jìn)了連鑄連軋銅管生產(chǎn)線，擠壓模具是該生產(chǎn)線的主要消耗工具。國(guó)產(chǎn)模具在使用時(shí)．經(jīng)常在表面過早地產(chǎn)生疲勞裂紋或麻點(diǎn)剝落．甚至產(chǎn)生斷裂，導(dǎo)致模具早期報(bào)廢。本文從材料選擇和熱處理加熱溫度方面，闡述了提高連鑄連軋銅管擠壓模具使用壽命的方法。
1 擠壓模具材料的選擇
目前的模具鋼材料以4Cr5MoSiV1(H13)和3Cr2W8V鋼為主。H13鋼具有較高的韌性和耐
冷熱疲勞性能，不易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，且具有較高的熱強(qiáng)性，是一種強(qiáng)韌兼?zhèn)涞膬?yōu)質(zhì)價(jià)廉鋼種，一般在模具溫升低于600 ℃的工況條件下使用。3Cr2W8V熱強(qiáng)性高，耐熱性好，一般在600℃ 以上使用可獲得良好的使用性能。銅管行星軋機(jī)擠壓模具使用時(shí)的表面溫度可達(dá)800℃ 以上．表面經(jīng)受乳液冷卻，這就要求模具具有高的熱強(qiáng)性和良好的抗冷熱疲勞性能。由此可見．上述兩種材質(zhì)都不能完全滿足這種使用要求。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，選用一種熱強(qiáng)性高且具有良好的抗冷熱疲勞能力的新型熱模具鋼4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)．并通過優(yōu)化熱處理工藝進(jìn)一步提高材料的性能．達(dá)到銅管行星軋機(jī)擠壓模具的要求。
2 熱處理工藝
擠壓模具的生產(chǎn)路線為：冶煉一鑄錠一模具鍛造一鍛后熱處理一粗加一預(yù)備熱處理一半精
加工一最終熱處理一精加工。
2．1 鍛后熱處理
鍛后熱處理采用退火處理．退火是為了消除坯料在鍛造時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度．細(xì)化晶
粒，為切削加工和淬火作準(zhǔn)備。退火加熱溫度為920-950℃ 。
2．2 預(yù)備熱處理
預(yù)備熱處理采用調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)是為了使模具具有綜合的力學(xué)性能．特別是心部的性能達(dá)到高的
強(qiáng)度和良好的韌性。采用1100～1120℃加熱淬火、700～720℃ 回火的處理工藝。
2．3 最終熱處理
最終熱處理采用高溫淬火和二次高溫回火。
(1)淬火加熱溫度
4Cr3M02MnVNbB (Y4)鋼中加人3％Cr和2％Mo．使鋼的共析成分降低．達(dá)到0．2％C-0．3％C。為了使鋼具有較高的硬度和高的高溫強(qiáng)度，提高了基體的含碳量，同時(shí)保留或形成細(xì)小彌散的碳化物。這就需要在加熱時(shí)提高加熱溫度。使Cr、Mo、V等的碳化物盡量多的溶解到基體中，起到強(qiáng)化基體和產(chǎn)生二次硬化的效果。因此確定加熱溫度為l130-1150℃
(2)回火溫度
高溫加熱使鋼中奧氏體溶人了大量的合金元素，經(jīng)過油淬后得到馬氏體、殘余奧氏體和少量未溶解碳化物的混合組織，硬度55～57HRC。回火后硬度發(fā)生變化，可看出，在570～590℃回火，可獲得二次硬化效果。為了使鋼在高溫下使用具有更好的熱穩(wěn)定性和良好的韌性．選擇回火溫度為620～630℃(兩次回火)，使鋼的硬度達(dá)到48～50HRC。
3 熱處理后的性能
3．1熱穩(wěn)定性比較
在700℃對(duì)4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)和3Cr2W8V的試樣測(cè)試其硬度隨時(shí)問的變化關(guān)系，結(jié)果在工作溫度達(dá)到700℃ 時(shí)，4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，硬度下降緩慢且降幅較小。
3．2冷熱疲勞性能比較
采用加熱到780℃然后冷卻到250℃ 的循環(huán)加熱冷卻方式，對(duì)試樣進(jìn)行冷熱疲勞實(shí)驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)3000次， 測(cè)量4Cr3Mo2MnVNbB (Y4)和3Cr2W8V的試樣表面裂紋情況，結(jié)果如表所示。
冷熱疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果(裂紋數(shù))
|
鋼種 |
≤
0.05mm |
0.05～
0.10mm |
0.10～
0.15mm |
0.15～
0.20mm |
≥
0.2mm |
最長(zhǎng)
裂紋 |
|
Y4 |
14 |
5 |
0 |
0 |
0 |
0.07 |
|
3Cr2W8V |
22 |
10 |
1 |
1 |
3 |
0.31 |
4 結(jié)論
從性能檢測(cè)結(jié)果可見．4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)比3Cr2W8V鋼具有更好的室溫力學(xué)性能，更高的熱強(qiáng)性和良好的冷熱疲勞性能。用4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)鋼制造連鑄連軋銅管擠壓模具，并經(jīng)上述的熱處理工藝處理．能夠顯著提高模具的使用壽命。
我公司專業(yè)銷售4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)鋼，可根據(jù)客戶尺寸要求進(jìn)行鍛造。
